適于對導(dǎo)軌偏轉(zhuǎn)進(jìn)行成像和測量的視覺系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了適于對諸如鐵軌等結(jié)構(gòu)中的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行成像和測量的裝置、系統(tǒng)和方法。示例性的視覺系統(tǒng)包括高速可見光成像攝像機(jī)和評估單元，所述評估單元配置成用于分析來自攝像機(jī)的圖像以便檢測結(jié)構(gòu)中的幾何變化。在對諸如鐵路軌道導(dǎo)軌等結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的過程中，成像攝像機(jī)可以耦聯(lián)到運(yùn)動(dòng)的有軌車輛上并配置成當(dāng)車輛沿著軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)適于生成導(dǎo)軌的圖像。
【專利說明】適于對導(dǎo)軌偏轉(zhuǎn)進(jìn)行成像和測量的視覺系統(tǒng)
聯(lián)邦政府資助的研究或開發(fā)
[0001]本發(fā)明是根據(jù)第DTFR53-04-G-00011和DETF53-02-G-0015號FRA授權(quán)在政府的支持下創(chuàng)造出來的。政府在本發(fā)明中享有一定的權(quán)利。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本公開通常涉及適于分析結(jié)構(gòu)中的偏轉(zhuǎn)。更具體地，本公開涉及適于對諸如鐵軌等結(jié)構(gòu)中的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行成像和測量的裝置、系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003]客運(yùn)和貨運(yùn)鐵路交通的經(jīng)濟(jì)約束將鐵路行業(yè)推向更高速度的車輛和更高的軸重。現(xiàn)代貨運(yùn)列車的重軸重和高速產(chǎn)生高軌道應(yīng)力，所述軌道應(yīng)力導(dǎo)致軌道狀況更快劣化。這也增加了對更好地軌道維護(hù)的需求。因此，為盡量減少延誤、避免脫軌及降低維護(hù)成本，需要有快速且可靠的方法來識(shí)別需要維護(hù)的軌道并區(qū)分其優(yōu)先次序。
[0004]鐵路軌道的狀況和性能取決于若干不同的參數(shù)。一些可影響軌道質(zhì)量的因素為軌道模量、導(dǎo)軌內(nèi)部缺陷、輪廓、水平度(cross-level)、軌距以及軌距約束(gagerestraint)。通過識(shí)別產(chǎn)生車輛較差性能或脫軌可能性的軌道位置來監(jiān)測這些參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)可提高列車的運(yùn)行安全度。軌道監(jiān)測還通過關(guān)注迫切需要維護(hù)處的活動(dòng)狀態(tài)以及通過選擇更有效的維護(hù)和維修方法來提供優(yōu)化軌道維護(hù)行為的信息。
[0005]軌道模量是影響軌道性能和維護(hù)要求的一個(gè)重要因素。軌道模量通常被定義為軌道偏轉(zhuǎn)與軌底和軌道基礎(chǔ)之間的垂直接觸壓力之間的比例系數(shù)。在某些情況下，軌道模量可表示為每單位導(dǎo)軌偏轉(zhuǎn)角上每單位導(dǎo)軌長度的支承力。軌道模量是表示在導(dǎo)軌之下的所有軌道組件影響的單個(gè)參數(shù)。這些組件包括路基、道碴、底碴、軌枕(tie)、軌枕扣件(tiefastener)。導(dǎo)軌以及支撐導(dǎo)軌的軌道組件的垂直偏轉(zhuǎn)特性會(huì)影響軌道模量。例如，諸如路基彈性模量、路基厚度、道碴層厚度以及扣件剛度等因素會(huì)影響軌道模量。
[0006]低軌道模量和軌道模量中大的變化是不期望出現(xiàn)的。低軌道模量會(huì)導(dǎo)致差異沉降，維護(hù)需求隨即增加。軌道模量中大的變化(諸如在橋梁和道口附近經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的那些)也可增加動(dòng)態(tài)載荷。增加的動(dòng)態(tài)載荷縮短軌道組件的壽命，導(dǎo)致維護(hù)周期更短。在平交(即公路)道口處軌道模量中的變化減小可導(dǎo)致更好的軌道性能和更少的軌道維護(hù)。還有人建議具有較高和一致模量的軌道將使列車具有更高的速度，因而性能和收益均得以提高。行駛品質(zhì)(由垂直加速度所指示)也強(qiáng)烈地取決于軌道模量。
[0007]除了軌道模量之外，由軌道缺陷導(dǎo)致的幾何形狀的變化也會(huì)影響軌道性能。模量和幾何形狀之間的關(guān)系復(fù)雜。在某些情況下，幾何形狀變化的區(qū)域往往與模量變化的區(qū)域相關(guān)聯(lián)，反之亦然。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本公開通常涉及對諸如鐵軌等結(jié)構(gòu)中的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行成像和測量。沿著鐵路軌道對幾何形狀變化進(jìn)行成像的示例性視覺系統(tǒng)包括:至少一個(gè)適于耦聯(lián)到位于導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)有軌車輛上的可見光成像攝像機(jī)，所述成像攝像機(jī)具有沿著大致平行于導(dǎo)軌縱向軸線的視線的視域且配置成在車輛沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的過程中用于產(chǎn)生導(dǎo)軌連續(xù)形狀圖像；以及包括圖像處理器的評估單元，其配置成用于分析來自成像攝像機(jī)的圖像并檢測一個(gè)或多個(gè)沿著導(dǎo)軌長度的幾何形狀的變化。
[0009]用于分析鐵路軌道導(dǎo)軌的幾何形狀的示例性方法包括:從耦聯(lián)到運(yùn)動(dòng)的有軌車輛上的至少一個(gè)可見光成像攝像機(jī)獲取多個(gè)圖像，所述成像攝像機(jī)具有沿著大致平行于導(dǎo)軌縱向軸線的視線的視域；檢測導(dǎo)軌在每個(gè)所獲取的圖像內(nèi)的位置；識(shí)別和測量在每個(gè)圖像內(nèi)的遠(yuǎn)離導(dǎo)軌預(yù)期位置或形狀的導(dǎo)軌位置或形狀中的變化；以及確定在沿著導(dǎo)軌的多個(gè)不同位置處的軌道垂直偏轉(zhuǎn)(vertical track deflection)數(shù)據(jù)。
[0010]雖然公開了多個(gè)實(shí)施例，但是從下文詳述的示出并闡明本發(fā)明示例性實(shí)施例，本發(fā)明的另一些實(shí)施例對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將變得顯而易見。因此，附圖和詳細(xì)描述在本質(zhì)上被認(rèn)作是說明性的而非限制性的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是示出當(dāng)經(jīng)受沿著鐵路軌道運(yùn)動(dòng)的有軌車滾輪(truck)的重量時(shí)鐵路軌道導(dǎo)軌垂直偏轉(zhuǎn)的示意圖；
[0012]圖2是用于對結(jié)構(gòu)中的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行成像和測量的示例性視覺系統(tǒng)的框圖；
[0013]圖3是示出用于對沿著鐵軌的垂直偏轉(zhuǎn)進(jìn)行成像和測量的圖2所示系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的不意圖；
[0014]圖4是示出用于對沿著鐵軌的垂直偏轉(zhuǎn)進(jìn)行成像和測量的圖2所示系統(tǒng)的另一個(gè)示例性實(shí)施例的示意圖；
[0015]圖5是示出用于對導(dǎo)軌的幾何形狀進(jìn)行成像和測量的示例性方法的流程圖；
[0016]圖6A-6B是若干示出從成像攝像機(jī)所獲取的樣本圖像的視圖；
[0017]圖7是用于使用結(jié)構(gòu)測量光對結(jié)構(gòu)中的垂直偏轉(zhuǎn)進(jìn)行成像和測量的示例性系統(tǒng)的不意圖；
[0018]圖8是從成像攝像機(jī)所獲取的示例性圖像，其中結(jié)構(gòu)測量光在導(dǎo)軌上可見；
[0019]圖9A-9D是若干示出使用圖7所示的示例性系統(tǒng)識(shí)別導(dǎo)軌上各個(gè)特征的視圖；
[0020]圖10是用于對沿著導(dǎo)軌的導(dǎo)軌垂直偏轉(zhuǎn)進(jìn)行立體成像和測量的示例性視覺系統(tǒng)的不意圖；
[0021]圖11A-11B是示出從兩個(gè)成像攝像機(jī)所獲取的樣本圖像的若干視圖；
[0022]圖12是用于使用成像系統(tǒng)得出垂直軌道模量趨勢(trending)的示例性方法的流程圖。
[0023]雖然本發(fā)明適于進(jìn)行各種修改和具有各種替代形式，但是特定實(shí)施例在附圖中通過實(shí)例的方式示出且在下面進(jìn)行詳細(xì)描述。但是并不意圖將本發(fā)明限制到所述的具體實(shí)施例。與此相反，本發(fā)明旨在涵蓋落入如由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍內(nèi)的所有修改、等同方案和替換方案。
【具體實(shí)施方式】[0024]本公開描述適于對諸如鐵軌等結(jié)構(gòu)中的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行成像和測量的裝置、系統(tǒng)和方法。例如在一些實(shí)施例中，所述裝置、系統(tǒng)和方法可用于檢測導(dǎo)軌中的可影響垂直軌道模量和/或?qū)к壠渌匦缘挠?jì)算的幾何形狀缺陷。雖然在對鐵軌中的導(dǎo)軌偏轉(zhuǎn)進(jìn)行成像和測量的上下文中描述了各種實(shí)施例，但是本文所述的裝置、系統(tǒng)和方法可用于對經(jīng)受靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)載荷的其它類型的結(jié)構(gòu)中的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行成像和測量。
[0025]圖1是示出當(dāng)經(jīng)受沿著鐵路軌道16運(yùn)動(dòng)的有軌車14的滾輪12的重量時(shí)鐵軌10垂直偏轉(zhuǎn)的示意圖。例如，圖1可表示鐵軌10沿著鐵路軌道16的需要維護(hù)或更換的受損或破損部分的垂直偏轉(zhuǎn)。如圖1 (為了闡明目的進(jìn)行了夸大)中可見，當(dāng)經(jīng)受有軌車14的載荷時(shí)，軌道模量和/或幾何形狀的變化可導(dǎo)致導(dǎo)軌10垂直偏轉(zhuǎn)。這種偏轉(zhuǎn)可導(dǎo)致載荷增力口，而載荷增加會(huì)降低軌道16以及路基、道碴、底碴軌枕(subballast tie)、軌枕扣件和其它軌道組件的壽命。在某些情況下，該載荷的增加會(huì)導(dǎo)致為保持軌道16運(yùn)行的必要維護(hù)增加。
[0026]圖2是用于對結(jié)構(gòu)中的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行成像和測量的示例性視覺系統(tǒng)18的框圖。如圖2中所示，該系統(tǒng)18包括一個(gè)或多個(gè)成像攝像機(jī)20、22、位置識(shí)別器24、記錄單元26以及評估單元28，所述系統(tǒng)18可用于對經(jīng)受靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)載荷的結(jié)構(gòu)30的幾何偏轉(zhuǎn)進(jìn)行成像和測量。例如在某些實(shí)施例中，當(dāng)經(jīng)受由有軌車或軌道施載車輛所產(chǎn)生的垂直載荷時(shí)，系統(tǒng)18可用于對沿著鐵軌導(dǎo)軌30的多個(gè)位置處的垂直軌道模量進(jìn)行成像和測量。系統(tǒng)18也可用于對諸如橋梁和高架公路等其它類型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。在一些實(shí)施例中，以及如本文中進(jìn)一步所論述，該系統(tǒng)18可用于與趨勢算法相結(jié)合以便用于確定和監(jiān)測在一段時(shí)間內(nèi)的結(jié)構(gòu)30的狀況變化。
[0027]成像攝像機(jī)20、22配置成生成可用于檢測和分析結(jié)構(gòu)30中各種幾何偏轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)30的高分辨率圖像。在一些實(shí)施例中，成像攝像機(jī)20、22耦聯(lián)到諸如有軌車或?qū)к墱y試車輛等運(yùn)動(dòng)車輛上，且配置成當(dāng)車輛沿著結(jié)構(gòu)30運(yùn)動(dòng)時(shí)生成結(jié)構(gòu)30的一系列圖像。在一些實(shí)施例中，只有單個(gè)攝像攝像機(jī)20用于對結(jié)構(gòu)30成像。在其它實(shí)施例中，多個(gè)成像攝像機(jī)20,22用于對結(jié)構(gòu)30上的單個(gè)位置進(jìn)行立體成像或用于同時(shí)測量結(jié)構(gòu)30上的多個(gè)位置。例如在一個(gè)實(shí)施例中，第一對成像攝像機(jī)20、22安裝到有軌車上以便對沿著第一導(dǎo)軌的軌道垂直偏轉(zhuǎn)進(jìn)行立體成像，以及第二對成像攝像機(jī)20、22安裝到有軌車上以便對沿著第二導(dǎo)軌的軌道垂直偏轉(zhuǎn)進(jìn)行立體成像。系統(tǒng)18可配置成收集一個(gè)導(dǎo)軌或多個(gè)導(dǎo)軌的數(shù)據(jù)。此夕卜，一個(gè)或多個(gè)附加的成像攝像機(jī)也可用于分析其它結(jié)構(gòu)特征，諸如第三導(dǎo)軌或諸如軌枕、道碴、底碴、和/或?qū)к壙奂绕渌壍澜M件。
[0028]位置識(shí)別器24獲取可與由攝像攝像機(jī)20、22所獲取圖像的時(shí)間標(biāo)記相關(guān)聯(lián)的位置數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，位置識(shí)別器24包括適于獲取全球位置數(shù)據(jù)的全球定位系統(tǒng)(GPS)裝置，所述全球位置數(shù)據(jù)可用于利用結(jié)構(gòu)30上的相應(yīng)位置跟蹤隨著時(shí)間推移所獲取的數(shù)據(jù)測量的位置。例如在對鐵軌進(jìn)行分析的過程中，來自位置識(shí)別器24的全球位置數(shù)據(jù)可用于與沿著導(dǎo)軌10特定位置的從圖像所得到的偏轉(zhuǎn)測量結(jié)果相關(guān)聯(lián)和得出趨勢。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)18配置成得出該數(shù)據(jù)的趨勢以便生成在一段時(shí)間內(nèi)沿著導(dǎo)軌10的全部或部分的軌道垂直偏轉(zhuǎn)和/或軌道模量的評估結(jié)果。與軌道狀況相關(guān)聯(lián)的其它信息也可與全球位置數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)以分析其它軌道特征。例如在一些實(shí)施例中，從成像攝像機(jī)20、22所獲得的圖像用于檢測在導(dǎo)軌和/或其它軌道組件中缺陷或偏轉(zhuǎn)的存在。[0029]評估單元28包括圖像處理器，所述圖像處理器配置成分析由成像攝像機(jī)20、22生成的圖像，并從這些圖像生成與結(jié)構(gòu)30的偏轉(zhuǎn)特性相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，這種數(shù)據(jù)包括與當(dāng)經(jīng)受靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)載荷條件時(shí)的導(dǎo)軌相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)軌垂直偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。在某些實(shí)施例中，這種數(shù)據(jù)可與來自位置識(shí)別器24的地理位置數(shù)據(jù)結(jié)合使用以確定沿著導(dǎo)軌的全部或部分的垂直軌道模量。
[0030]由評估單元28所評估的數(shù)據(jù)連同時(shí)間標(biāo)記和地理位置數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)于記錄單元26內(nèi)。由攝像攝像機(jī)20、22所獲取的原始視頻圖像也可存儲(chǔ)于記錄單元26內(nèi)以便用于后續(xù)分析。在一些實(shí)施例中，原始的視頻圖像由耦聯(lián)到存儲(chǔ)單元的處理器進(jìn)行記錄和后處理。該處理器例如可包括一個(gè)或多個(gè)位于評估單元28內(nèi)的配置成用于進(jìn)行成像處理的微處理器。
[0031 ] 在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)18還包括測量光源32，所述測量光源32配置成將一束測量光束或多束光束投射到結(jié)構(gòu)30上以便照亮結(jié)構(gòu)30上的可用于分析圖像的各個(gè)特征。例如在某些實(shí)施例中，測量光源32包括激光光源，所述激光光源配置成將光投射到結(jié)構(gòu)30上以便幫助分析由一個(gè)或多個(gè)成像攝像機(jī)20、22所獲取的圖像。在對鐵路軌道進(jìn)行分析的過程中，且在一些實(shí)施例中，測量光源32包括線性激光光源，所述線性激光光源配置成沿著導(dǎo)軌長度投射基準(zhǔn)線，該基準(zhǔn)線可用于測量和分析導(dǎo)軌中的垂直偏轉(zhuǎn)以及可用于測量和分析是否存在會(huì)影響垂直偏轉(zhuǎn)測量結(jié)果的任何軌道轉(zhuǎn)彎或軌道高程中的變化。在另一個(gè)實(shí)施例中，測量光源32配置成將多束激光光束的每一束沿著導(dǎo)軌投射到不同位置處。
[0032]用戶界面34允許用戶查看和分析由評估單元28所獲取的數(shù)據(jù)，對評估單元28進(jìn)行編程，并執(zhí)行其它系統(tǒng)功能。在一些實(shí)施例中，用戶界面34包括圖形用戶界面(GUI)，該圖形用戶界面(GUI)可用于以實(shí)時(shí)和/或基于存儲(chǔ)于記錄單元26內(nèi)數(shù)據(jù)的方式來查看圖形、表格、和/或與一個(gè)結(jié)構(gòu)或多個(gè)結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的其它數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，用戶界面34配置成通知用戶軌道的某特定位置可能需要維護(hù)或更換。與每一個(gè)所識(shí)別位置相關(guān)聯(lián)的圖像也可以顯示到用戶界面34上以便允許用戶視覺檢查用于生成通知的圖像。在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)收發(fā)器36配置成在評估單元28和配備有遠(yuǎn)程用戶界面40的遠(yuǎn)程裝置38之間來回?zé)o線中繼數(shù)據(jù)、設(shè)置和其它信息。和用戶界面34 —樣，遠(yuǎn)程用戶界面40也可用于查看和分析由評估單元28所獲取的原始和處理后的數(shù)據(jù)，對評估單元28進(jìn)行遠(yuǎn)程編程，并用于執(zhí)行其它系統(tǒng)功能。
[0033]系統(tǒng)18的一個(gè)或多個(gè)組件可以硬件、軟件和/或固件實(shí)施。應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的該布置和其它布置僅僅作為實(shí)例提出。除了所示的那些之外或代替所示的那些，可以使用其它布置和元件，且一些元件可以全部省略。此外，本文所述的許多元件是功能性實(shí)體，其可作為離散組件或分散組件實(shí)施，或與其它組件相結(jié)合來實(shí)施，并且可以任何合適的組合和位置來實(shí)施。在一些實(shí)施例中，本文所述的各種元件和功能可作為可編程計(jì)算機(jī)或處理器上的計(jì)算機(jī)可讀指令來實(shí)施，所述可編程計(jì)算機(jī)或處理器包括具有易失性和/或非易失性存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。
[0034]圖3是示出圖2所示的適于對沿著導(dǎo)軌10的導(dǎo)軌垂直偏轉(zhuǎn)進(jìn)行成像和測量的系統(tǒng)18的示例性實(shí)施例的示意圖。在圖3中所示的實(shí)施例中，系統(tǒng)18A包括剛性地安裝于有軌車滾輪12的側(cè)架42上或其內(nèi)的單個(gè)成像攝像機(jī)20。成像攝像機(jī)20例如可包括高速可見光攝像機(jī)，所述高速可見光攝像機(jī)以高幀速(例如，^ 120幀/秒)和高分辨率(例如，^ I百萬像素/英寸)對圖像取樣。也可以使用其它類型的成像裝置。
[0035]如圖3中所示，成像攝像機(jī)20固定到滾輪12的側(cè)架42上，使得攝像機(jī)20相對于接觸導(dǎo)軌10的車輪44基本保持在固定位置。側(cè)架42例如可包括將滾輪12的軸連接到一起的剛性結(jié)構(gòu)構(gòu)件。在一些實(shí)施例中，成像攝像機(jī)20固定到側(cè)架42上，這樣攝像機(jī)20的視域沿著基本上平行于導(dǎo)軌10的縱向軸線的視線46定向，以便當(dāng)有軌車14沿著軌道16運(yùn)動(dòng)時(shí)沿著導(dǎo)軌10的長度生成圖像。成像攝像機(jī)20可在多個(gè)不同的方向上瞄準(zhǔn)以查看導(dǎo)軌10的各個(gè)部分。例如，成像攝像機(jī)例如可如圖11中所示，朝向有軌車14的中心定向，或可遠(yuǎn)離有軌車14的中心定向。也可能有包括朝向有軌車14的前端或有軌車14的后端的其它觀察方向。
[0036]成像攝像機(jī)20可如圖所示安裝到后滾輪12的側(cè)架42上，或可安裝到前滾輪的側(cè)架上。成像攝像機(jī)20也可安裝到相對于垂直面、相對于車輪/導(dǎo)軌接觸點(diǎn)、和/或相對于其它基準(zhǔn)點(diǎn)形成固定參考的其它結(jié)構(gòu)上。該系統(tǒng)18A也可在一個(gè)或若干個(gè)位置處用于識(shí)別導(dǎo)軌10相對于滾輪12側(cè)架42的位置。在一些實(shí)施例中，第二高速可見光成像攝像機(jī)可用于對其它導(dǎo)軌10成像和/或用于對沿著軌道16的其它特征進(jìn)行成像?？捎蓤D3所示的成像攝像機(jī)20所獲取的若干示例性圖像在本文中相對于圖6A-6B進(jìn)行進(jìn)一步描述。
[0037]在操作過程中，當(dāng)有軌車14沿著軌道16運(yùn)動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)18A配置成對導(dǎo)軌10的連續(xù)形狀進(jìn)行成像和分析。變焦透鏡可設(shè)置成調(diào)整視域和成像攝像機(jī)20的分辨率。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)18A可用于對導(dǎo)軌10和/或其它軌道組件的幾何形狀的變化進(jìn)行成像，然后其可與所檢測到的其它軌道參數(shù)相結(jié)合以類似于下述文獻(xiàn)中所述的方式來確定軌道垂直偏轉(zhuǎn)、軌道模量、剛度、和/或其它參數(shù)，所述文獻(xiàn)為美國專利第7，403，296和7，920，984號以及美國專利公開第2009/0070064、2007/0214892和2009/0056454號。例如在一個(gè)實(shí)施例中，成像系統(tǒng)18A可用于校正或補(bǔ)償導(dǎo)軌10中的任何幾何形狀變化，且可與諸如軌道垂直偏轉(zhuǎn)等其它導(dǎo)軌參數(shù)相結(jié)合來實(shí)時(shí)確定在導(dǎo)軌10中是否存在任何缺陷。與其它系統(tǒng)相比，系統(tǒng)18A易于安裝，不需要對有軌車14進(jìn)行顯著修改或大量輔助設(shè)備，且不具有活動(dòng)件。
[0038]在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)18A采用機(jī)器視覺技術(shù)來在每幅圖像中識(shí)別導(dǎo)軌10的位置，然后處理測量結(jié)果以便判斷導(dǎo)軌10的幾何形狀。在一些實(shí)施例中，評估單元28包括圖像處理器，該圖像處理器接收攝像機(jī)圖像，并從這些圖像確定與導(dǎo)軌10和/或其它軌道組件相關(guān)聯(lián)的位置、形狀、尺寸、曲率和/或其它參數(shù)。評估單元28例如可包括具有圖像處理、數(shù)據(jù)計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能的計(jì)算機(jī)(例如，筆記本電腦或臺(tái)式計(jì)算機(jī))，所述計(jì)算機(jī)位于有軌車14內(nèi)，并通過有線或無線連接而連接到每個(gè)成像攝像機(jī)20。在一些實(shí)施例中，評估單元28耦聯(lián)到遠(yuǎn)程裝置38，所述遠(yuǎn)程裝置38以無線方式接收來自每個(gè)成像攝像機(jī)20的攝像機(jī)圖像，并執(zhí)行除了評估單元28之外的或代替評估單元28的各種圖像處理任務(wù)。例如在一些實(shí)施例中，遠(yuǎn)程裝置38包括具有圖像處理和數(shù)據(jù)計(jì)算功能的單獨(dú)圖像處理站以實(shí)時(shí)分析來自一個(gè)或多個(gè)成像攝像機(jī)的攝像機(jī)圖像。在一些實(shí)施例中，可將來自每個(gè)成像攝像機(jī)的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)或內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星或蜂窩連接實(shí)時(shí)地從機(jī)載計(jì)算機(jī)下載和上傳到遠(yuǎn)程服務(wù)器?？梢允褂弥T如全球定位系統(tǒng)(GPS)單元或里程表等其它組件跟蹤有軌車14沿著軌道16的位置。
[0039]圖4是示出用于對沿著導(dǎo)軌10的導(dǎo)軌垂直偏轉(zhuǎn)進(jìn)行成像和測量的圖2所示成像系統(tǒng)18的另Iv不例性實(shí)施例的不意圖。在圖4所不的系統(tǒng)18B中，兩個(gè)成像攝像機(jī)20、22耦聯(lián)到有軌車滾輪12的側(cè)架42上，其中第一成像攝像機(jī)20沿著視線46a在向前的方向上瞄準(zhǔn)以便查看有軌車14即將通過的軌道16的部分，以及第二成像攝像機(jī)22沿著視線46b朝向有軌車14后部瞄準(zhǔn)以便查看有軌車14剛剛通過的軌道16的部分。每個(gè)成像攝像機(jī)20、22包括高速可見光攝像機(jī)，且配置成當(dāng)有軌車14沿著軌道16運(yùn)動(dòng)時(shí)對導(dǎo)軌10的連續(xù)形狀進(jìn)行成像和分析。使用多個(gè)成像攝像機(jī)20、22使得整個(gè)偏轉(zhuǎn)區(qū)(basin)能夠得以識(shí)另IJ，且在一些實(shí)施例中可用于校正由山丘、山谷或其它地理特征所導(dǎo)致的軌道幾何形狀中的變化。
[0040]圖5是示出用于對導(dǎo)軌的幾何形狀進(jìn)行成像和測量的示例性方法48的流程圖。方法48通常會(huì)于框50開始，其中將至少一個(gè)成像攝像機(jī)附接到有軌車或軌道施載車輛的側(cè)架上。例如在某些實(shí)施例中，兩個(gè)成像攝像機(jī)可耦聯(lián)到單個(gè)有軌車滾輪上以便獲取軌道的每個(gè)導(dǎo)軌的圖像。例如在一個(gè)實(shí)施例中，位于滾輪第一側(cè)架上的第一成像攝像機(jī)可用于對第一(例如，左側(cè))導(dǎo)軌進(jìn)行成像，以及位于另一側(cè)架(位于滾輪相對側(cè)上)上的第二成像攝像機(jī)可用于對第二(例如，右側(cè))導(dǎo)軌進(jìn)行成像。多個(gè)成像攝像機(jī)可耦聯(lián)到每個(gè)側(cè)架上以便允許在向前和向后的兩個(gè)方向上成像，或用于對每根導(dǎo)軌進(jìn)行立體成像。
[0041]一旦連接到有軌車，當(dāng)有軌車沿著軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，則每個(gè)成像攝像機(jī)可負(fù)責(zé)連續(xù)或間歇地獲取導(dǎo)軌的圖像(框52)。在本文中進(jìn)一步示出相對于圖6A可獲取的導(dǎo)軌示例性圖像并進(jìn)行描述。評估單元從所獲取的圖像采用機(jī)器視覺技術(shù)以便檢測導(dǎo)軌在每一幅所獲取圖像內(nèi)的位置(框54)。
[0042]可以采用許多不同類型的機(jī)器視覺技術(shù)來檢測導(dǎo)軌位置，包括但不限于邊緣檢測和/或特征識(shí)別方法。例如如果采用單個(gè)成像攝像機(jī)，則可使用邊緣檢測方法來檢查像素組的特征，諸如每個(gè)像素以及周圍像素的強(qiáng)度和/或顏色。例如在一種方法中，可以測量一個(gè)組內(nèi)的每個(gè)像素的強(qiáng)度。然后從這些測量結(jié)果來確定這些像素的最大和最小強(qiáng)度。如果該組的最大和最小像素強(qiáng)度之間的差異大于閾值，這表明圖像中發(fā)生變化，并將當(dāng)前處于評估階段的像素賦值為I。如果最大和最小像素之間的差異小于閾值，則將當(dāng)前像素賦值為零。然后在所有或部分圖像內(nèi)重復(fù)該像素評估過程，得到圖像發(fā)生變化的區(qū)域或邊緣。在一些實(shí)施例中，該技術(shù)可用于識(shí)別導(dǎo)軌邊緣，從而在圖像中識(shí)別導(dǎo)軌傾斜度。
[0043]可用于檢測導(dǎo)軌位置的另一項(xiàng)機(jī)器視覺技術(shù)包括使用顏色或其它圖像特征來檢測斑點(diǎn)或識(shí)別特征或?qū)D像中的諸如導(dǎo)軌或結(jié)構(gòu)測量光等的像素分類。如果使用兩個(gè)成像攝像機(jī)，也可以采用使用邊緣檢測或特征識(shí)別方法的立體成像技術(shù)。本文中相對于圖10和圖11A-11B進(jìn)一步描述適于對導(dǎo)軌位置進(jìn)行立體成像和測量的示例性視覺系統(tǒng)和技術(shù)。
[0044]如圖5中進(jìn)一步所示，評估單元也可配置成識(shí)別和測量在圖像內(nèi)遠(yuǎn)離導(dǎo)軌預(yù)期位置的導(dǎo)軌位置變化(框56)。在某些實(shí)施例中，如本文中進(jìn)一步所述，評估單元配置成在圖像內(nèi)的導(dǎo)軌位置上疊加直的基準(zhǔn)線，并從該基準(zhǔn)線來測量在圖像內(nèi)的導(dǎo)軌垂直偏轉(zhuǎn)。評估單元還可利用軌道中的任何自然拐彎或車輪相對于軌道中心線的任何橫向移動(dòng)來補(bǔ)償測量結(jié)果。在本文中相對于圖7-9進(jìn)一步論述結(jié)構(gòu)測量光的實(shí)例，其可用作識(shí)別和測量在圖像內(nèi)遠(yuǎn)離導(dǎo)軌預(yù)期位置的導(dǎo)軌位置變化的過程的一部分。
[0045]可利用附加技術(shù)來相對于現(xiàn)實(shí)世界中的真實(shí)測量結(jié)果校準(zhǔn)攝像機(jī)圖像。作為實(shí)例，可將已知對象放置于沿著偏轉(zhuǎn)導(dǎo)軌的視野內(nèi)，并且可用諸如GPS或檢查員的系統(tǒng)或標(biāo)尺等其它技術(shù)來測量導(dǎo)軌形狀。此外，有軌車可移動(dòng)到軌道的非常堅(jiān)硬的部段上，諸如車擋混凝土上方的平板式軌道或軌道，并且相對直的軌道形狀可用于進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0046]方法48可進(jìn)一步包括使用通過成像系統(tǒng)所獲得的測量結(jié)果來確定在沿著導(dǎo)軌的每個(gè)位置處的軌道垂直偏轉(zhuǎn)(框58)。在一些實(shí)施例中，所測得的軌道垂直偏轉(zhuǎn)測量結(jié)果可用于進(jìn)一步確定與沿著軌道的每一測量點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的軌道模量(框60)，其可用于確定軌道的部分是否可能需要維護(hù)。在一些實(shí)施例中，這些測量結(jié)果也可用于確定是否存在任何可能需要對導(dǎo)軌立即維修的損壞。成像系統(tǒng)還可用于測量軌道結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，并可用于識(shí)別其它問題，諸如在接合處中存在破碎的軌枕或丟失的螺栓、或可用于檢測在軌道上是否存在諸如遺留的會(huì)損壞軌道的自然碎片或器械等異物。
[0047]在一些實(shí)施例中，軌道垂直偏轉(zhuǎn)的測量結(jié)果也可與軌道幾何形狀的其它測量結(jié)果和/或軌道質(zhì)量結(jié)合以便生成軌道質(zhì)量的新度量?？蛇M(jìn)行的其它測量實(shí)例包括軌距、傾斜度、中線偏移、終線偏移、縱向?qū)к墤?yīng)力測量、軌距約束測量、車輛軌道相互作用的測量或其它基于加速度的測量。
[0048]圖6A-6B為若干示出從成像攝像機(jī)20所獲取的樣本圖像的視圖。例如，所述圖像可以代表用作圖5所示方法48的一部分的若干圖像，以便使用圖3所示的系統(tǒng)18A來確定導(dǎo)軌的幾何形狀。
[0049]圖6A是從安裝到圖2中所示側(cè)架42上的成像攝像機(jī)20所獲取的示例性圖像42。如從圖像42可見，成像攝像機(jī)安裝到側(cè)架42上，使得攝像機(jī)的視域向前，并朝向沿著基本上平行于導(dǎo)軌10的視線朝向?qū)к?0定向。
[0050]圖6B是示出自成像攝像機(jī)20的可用作圖像處理算法或程序的一部分的另一示例性圖像64。如圖6B中所示，單條直的基準(zhǔn)線66可以添加到或疊加到圖像64上以便示出導(dǎo)軌10在有軌車的重量下如何偏轉(zhuǎn)。如果導(dǎo)軌10極其堅(jiān)硬并完全筆直，則導(dǎo)軌10將在圖像64上呈現(xiàn)為直線，且將與基準(zhǔn)線66基本上共線。然而，如在圖6B中圖像64中可見，有軌車的重量會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)軌10偏轉(zhuǎn)，使得導(dǎo)軌10從所疊加的基準(zhǔn)線66的直線路徑偏離。
[0051]在攝像機(jī)圖像44的右下部中所示的車輪/導(dǎo)軌接觸點(diǎn)48在圖像44中不會(huì)運(yùn)動(dòng)太多。其部分原因在于成像攝像機(jī)被固定到滾輪側(cè)架42上，所述滾輪側(cè)架42基本上是剛性的且相對于車輪44固定，并且當(dāng)有軌車14沿著軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)偏轉(zhuǎn)并不明顯。相比較而言，導(dǎo)軌10的更加遠(yuǎn)離成像攝像機(jī)的部分會(huì)由于軌道16中的轉(zhuǎn)彎或輪副相對于軌道16的中心線橫向運(yùn)動(dòng)而明顯運(yùn)動(dòng)。在圖像處理過程中，使用數(shù)學(xué)方法將導(dǎo)軌10的這些“剛體(rigidbody) ”運(yùn)動(dòng)從導(dǎo)軌10的評估形狀中除去。從而從圖像中提取出導(dǎo)軌10的曲率。
[0052]在一些實(shí)施例中，機(jī)器視覺技術(shù)可通過比較在視域內(nèi)的基準(zhǔn)線66相對于導(dǎo)軌10的位置或位置變化來判定導(dǎo)軌10的形狀并評估導(dǎo)軌10的偏轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，可以同時(shí)使用多個(gè)攝像機(jī)來識(shí)別導(dǎo)軌10的形狀。例如，多個(gè)成像攝像機(jī)可用于立體視覺，或每個(gè)成像攝像機(jī)可具有不同的光譜(或其它靈敏度)響應(yīng)以便用于識(shí)別導(dǎo)軌10的形狀。
[0053]圖7是用于使用結(jié)構(gòu)測量光對導(dǎo)軌10的導(dǎo)軌垂直偏轉(zhuǎn)進(jìn)行成像和測量的示例性視覺系統(tǒng)70的示意圖。類似于圖3的實(shí)施例，系統(tǒng)70包括剛性地安裝到有軌車滾輪12的側(cè)架42上或安裝于其內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)成像攝像機(jī)20。成像攝像機(jī)20例如可包括高速可見光攝像機(jī)，所述高速可見光攝像機(jī)配置成當(dāng)有軌車14沿著軌道16運(yùn)動(dòng)時(shí)對導(dǎo)軌10的連續(xù)形狀進(jìn)行成像和分析。在圖7的實(shí)施例中，系統(tǒng)70還包括一系列線性激光器72，每個(gè)線性激光器在成像攝像機(jī)20視域內(nèi)的位置處將相應(yīng)的基準(zhǔn)線74發(fā)射到導(dǎo)軌10上。在某些實(shí)施例中，激光器72通過機(jī)身安裝的梁76而耦聯(lián)到有軌車14上且配置成激光線74定向跨過導(dǎo)軌10的橫向軸線。激光器72和成像攝像機(jī)20安裝成使得每個(gè)攝像機(jī)20和激光器72之間的距離基本恒定。在由評估單元28進(jìn)行圖像處理的過程中，激光線74用作結(jié)構(gòu)光以協(xié)助檢測導(dǎo)軌10的幾何形狀變化。為了允許激光線74進(jìn)行檢測，成像攝像機(jī)20配置成在與激光器72所提供激光線74的頻率范圍重疊的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行成像。雖然在圖7的實(shí)施例中示出線性激光器74，但是也可以使用其它形式的結(jié)構(gòu)光，諸如點(diǎn)狀激光、多光譜光線以及其它光。
[0054]成像攝像機(jī)20和線性激光器74可相互組合使用，或者可配置成彼此獨(dú)立地起作用。例如，在白天可使用從成像攝像機(jī)獲取的原始圖像(例如，圖6A中的圖像64 )，而在夜間或在低照度條件下可使用經(jīng)由線性激光器72所獲得的結(jié)構(gòu)光。在其它實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)光可用于在沿著導(dǎo)軌10的若干離散位置處更好地識(shí)別導(dǎo)軌10相對于側(cè)架42的位置。
[0055]圖8是從成像攝像機(jī)所獲取的示例性圖像78，其中結(jié)構(gòu)光80 (例如，來自圖7中所示的激光束74)在導(dǎo)軌10上可見。評估單元從圖8中所示的圖像78可在激光束74在導(dǎo)軌10的頂部82和/或其它部分上進(jìn)行反射的部段上進(jìn)行檢測和放大。激光束74的存在使得評估單元能夠更容易地識(shí)別導(dǎo)軌10的形狀。例如，借助于掃描通過在圖像78的每條水平線上的所有像素以及定位表示激光線74位置的像素強(qiáng)度峰值或顏色，評估單元可檢測激光束74。
[0056]由于成像攝像機(jī)固定在滾輪側(cè)架上，在攝像機(jī)圖像78的右下部中所示的車輪/軌導(dǎo)軌觸點(diǎn)68在圖像78中不會(huì)運(yùn)動(dòng)太多。然而，導(dǎo)軌10的更加遠(yuǎn)離成像攝像機(jī)的位置會(huì)由于軌道16的轉(zhuǎn)彎或輪副相對于軌道中心線橫向運(yùn)動(dòng)而明顯運(yùn)動(dòng)。使用數(shù)學(xué)方法將導(dǎo)軌的這些“剛體”運(yùn)動(dòng)從導(dǎo)軌10的形狀中除去，且可提取導(dǎo)軌10的曲率。
[0057]可對圖像78進(jìn)行處理以便隔離投射到導(dǎo)軌10表面上的結(jié)構(gòu)光(例如激光線74)。圖9A-9C中示出隔離投射到導(dǎo)軌10上的結(jié)構(gòu)光80的攝像機(jī)圖像84的若干示例性視圖。
[0058]機(jī)器視覺技術(shù)可用于基于結(jié)構(gòu)光80的顏色、強(qiáng)度、和/或其它因素來從圖像84提取特征。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，成像攝像機(jī)上的光學(xué)濾光器與光束74的波長相匹配，使得評估單元增加結(jié)構(gòu)光80相對于圖像其余部分的強(qiáng)度。在一些實(shí)施例中，成像攝像機(jī)使用結(jié)構(gòu)光80來更好地識(shí)別導(dǎo)軌10相對于側(cè)架的位置。例如，圖9A的圖像84中示出五束結(jié)構(gòu)光74，但是，在其它實(shí)施例中可以使用更多或更少的數(shù)量。
[0059]一旦在圖像中識(shí)別激光線74，導(dǎo)軌表面頂部的角落86 (如由點(diǎn)表示)可被識(shí)別為導(dǎo)軌軌頭中的中斷。圖9B中示出其實(shí)例，其中，點(diǎn)86已疊加到由激光線74所確定的導(dǎo)軌10頂部的角落或邊緣上。也可以在圖像84中識(shí)別導(dǎo)軌的其它特征(例如，基部角落、軌腹等)以便評估導(dǎo)軌的整體形狀。
[0060]從在導(dǎo)軌10上所識(shí)別的角落位置，例如，通過連接點(diǎn)86的所有中點(diǎn)可以識(shí)別導(dǎo)軌10的中心線。這可從圖9C的圖像84中看出，其中在點(diǎn)86之間繪制橫向線88，以便每個(gè)相應(yīng)的激光線72疊加到導(dǎo)軌10上。
[0061]最后，使用數(shù)學(xué)方法可以評估導(dǎo)軌的垂直偏轉(zhuǎn)和/或與導(dǎo)軌形狀有關(guān)的其它參數(shù)，諸如斜角或軌距約束。例如，圖9D示出如何將導(dǎo)軌10頂部的中心線的形狀與連接每一條橫向線88中點(diǎn)86的直線90相比較來評估導(dǎo)軌垂直偏轉(zhuǎn)和/或偏轉(zhuǎn)區(qū)的形狀。[0062]圖10是用于對沿著導(dǎo)軌的導(dǎo)軌垂直偏轉(zhuǎn)進(jìn)行立體成像和測量的示例性視覺系統(tǒng)92的示意圖。在圖10所示的實(shí)施例中，系統(tǒng)92包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的成像攝像機(jī)20、22，其剛性地安裝于有軌車滾輪12的側(cè)架42上或其內(nèi)，使得攝像機(jī)20、22相對于接觸導(dǎo)軌10的車輪44保持在固定的位置。側(cè)架42例如可包括將滾輪12的軸連接到一起的剛性結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
[0063]在某些實(shí)施例中，且如圖所示，系統(tǒng)92包括第一成像攝像機(jī)20和第二成像攝像機(jī)22，所述第一成像攝像機(jī)20沿著第一條視線94b在導(dǎo)軌10上(例如導(dǎo)軌軌頭)定向，所述第二成像攝像機(jī)22與第一成像攝像機(jī)20間隔開且沿著第二條視線94b定向到導(dǎo)軌10上。如圖所示，視線94a、94b可相對于彼此或相對于諸如有軌車14中心線的另一條基準(zhǔn)線不平行或平行。
[0064]每個(gè)成像攝像機(jī)20、22包括高速可見光攝像機(jī)，且配置成當(dāng)有軌車14沿著軌道16運(yùn)動(dòng)時(shí)對導(dǎo)軌10的連續(xù)形狀進(jìn)行成像和分析。成像攝像機(jī)20、22例如可包括高速可見光攝像機(jī)，該高速可見光攝像機(jī)以每秒120幀的幀速對圖像取樣。盡管為了說明目的在圖10中示出單獨(dú)的成像攝像機(jī)20、22，但是在其它實(shí)施例中可以使用包括兩個(gè)或兩個(gè)以上成像元件的單個(gè)成像裝置來對導(dǎo)軌10進(jìn)行立體成像。也可以使用其它類型的成像裝置。
[0065]系統(tǒng)92安裝簡單，不需要對有軌車14進(jìn)行顯著修改，且不具有活動(dòng)件。系統(tǒng)92也可用于確定導(dǎo)軌10在一個(gè)或多個(gè)位置處相對于滾輪12側(cè)架42的位置。在一些實(shí)施例中，由每個(gè)成像攝像機(jī)20、22所獲取的圖像可由評估單元28來分析以便確定當(dāng)有軌車14沿著軌道16運(yùn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)軌10的形狀。例如在某些實(shí)施例中，評估單元28配置成評估從每個(gè)成像攝像機(jī)20、22所接收到的圖像，以便檢測導(dǎo)軌10在每幅圖像內(nèi)的位置，以及基于每幅圖像內(nèi)特征的比較，識(shí)別導(dǎo)軌10和/或其它軌道組件的幾何形狀的任何變化。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)92可用于對導(dǎo)軌10和/或其它軌道組件的幾何形狀的變化進(jìn)行成像，然后其可與所檢測的其它軌道參數(shù)結(jié)合來測量導(dǎo)軌垂直偏轉(zhuǎn)、軌道模量、剛度和/或其它參數(shù)。例如在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)92可用于校正或補(bǔ)償導(dǎo)軌10中的任何幾何形狀變化，并可與諸如軌道垂直偏轉(zhuǎn)等其它導(dǎo)軌參數(shù)結(jié)合以便實(shí)時(shí)確定導(dǎo)軌中是否存在任何缺陷。
[0066]圖1lA和圖1lB是示出分別從圖10的成像攝像機(jī)20和22所獲取的導(dǎo)軌10的樣本圖像98、100的視圖。在圖1lA中所示的第一圖像98中，第一成像攝像機(jī)20捕捉圖像，該圖像可用于通常的立體可視化以便檢測導(dǎo)軌10相對于側(cè)架的位置。在圖1lB中所示的第二圖像100中，所述第二成像攝像機(jī)22以不同于所述第一成像攝像機(jī)20的角度獲取圖像。在一些實(shí)施例中，以及如圖1lB中所示，所述第二成像攝像機(jī)22沿著比所述第一成像攝像機(jī)20更垂直(即向下)定向的視線獲取圖像，從而能夠確定導(dǎo)軌10的橫向運(yùn)動(dòng)。在一些實(shí)施例中，諸如一束直的基準(zhǔn)線或多束激光束等結(jié)構(gòu)測量光也可投射到導(dǎo)軌10上以便協(xié)助檢測導(dǎo)軌10中的幾何形狀變化。
[0067]立體視覺算法可用于識(shí)別導(dǎo)軌10相對于視覺成像系統(tǒng)的位置。如從圖1lA和IlB中均可看出，示出沿著導(dǎo)軌10的兩個(gè)樣本位置100、102，并可分別使用諸如圓形和星形等圖標(biāo)來在圖像98、100上進(jìn)行標(biāo)記。在一些實(shí)施例中，使用結(jié)構(gòu)測量光來識(shí)別位置100、102。例如，這些位置100、102的位置可相對于側(cè)架進(jìn)行識(shí)別，然后可在空間中連接兩個(gè)位置來指示導(dǎo)軌10相對于側(cè)架的定向。
[0068]立體視覺算法可用于識(shí)別在每幅單獨(dú)的圖像98、100上的特定位置或特征，包括但不限于斑點(diǎn)檢測、邊緣檢測、特征檢測或其它合適的技術(shù)。相應(yīng)的算法可用于在每幅圖像98,100中定位各自的特征。然后，可以使用諸如三角測量等數(shù)學(xué)方法來識(shí)別該特征相對于視覺成像系統(tǒng)的位置。已知的校準(zhǔn)技術(shù)可用于確定攝像機(jī)的幾何形狀和光學(xué)性質(zhì)。
[0069]通過本文所述的任何系統(tǒng)所獲取的數(shù)據(jù)可與其它軌道參數(shù)結(jié)合以便測量導(dǎo)軌垂直偏轉(zhuǎn)、軌道模量、剛度、和/或其它參數(shù)。來自位置識(shí)別器24的全球位置數(shù)據(jù)可用于與從沿著導(dǎo)軌10特定位置的圖像所獲得的偏轉(zhuǎn)測量相關(guān)聯(lián)并得出其趨勢。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)92配置成得出該數(shù)據(jù)的趨勢以便生成在一段時(shí)間內(nèi)沿著導(dǎo)軌的全部或部分的軌道垂直偏轉(zhuǎn)和/或軌道模量評估結(jié)果。
[0070]在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)可用于測量在一段時(shí)間內(nèi)的軌道性能以便預(yù)測未來的軌道行為。例如可以在數(shù)月或數(shù)年的一段時(shí)間內(nèi)獲得測量結(jié)果且存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中以供后續(xù)分析?；谶@些測定結(jié)構(gòu)，可通過評估單元或其它裝置(例如，遠(yuǎn)程裝置)來進(jìn)行分析以便測量軌道性能的趨勢。例如在一些實(shí)施例中，在第一時(shí)間下進(jìn)行的測量以及在第二時(shí)間下進(jìn)行的測量可用于預(yù)測在沿著導(dǎo)軌的特定位置或多個(gè)位置處的一個(gè)或多個(gè)未來的軌道性能。為了進(jìn)行趨勢分析的目的，可在軌道的較短部段內(nèi)進(jìn)行相對比較。例如，在一些實(shí)施例中，可進(jìn)行相對的比較以便相對于在較早時(shí)間下在同一軌道位置處進(jìn)行的前一測量來估算測量結(jié)果。
[0071]互相關(guān)函數(shù)可用于在數(shù)學(xué)上量化位置偏移，以便獲得在一段軌道距離內(nèi)的平均值。互相關(guān)是用于估計(jì)兩組測量結(jié)果之間相關(guān)程度的一種方法，并在美國專利第7，920，984號中有進(jìn)一步的描述。直線或其它曲線可擬合到所收集的趨勢數(shù)據(jù)上以便對未來的軌道性能進(jìn)行預(yù)測。所收集的數(shù)據(jù)可來自第一次測量和第二次測量，或可來自任意次的測量。在一些實(shí)施例中，可進(jìn)行趨勢分析來預(yù)測軌道性能在未來的什么時(shí)間會(huì)超過可接受參數(shù)的范圍，從而需要維護(hù)或更換。
[0072]圖12是用于使用本文所述的任何視覺系統(tǒng)得出垂直軌道模量趨勢(trending)的示例性方法106的流程圖。例如方法106可表示用于使用圖10的立體成像系統(tǒng)92得出垂直軌道模量趨勢的示例性方法。本文所述的其它系統(tǒng)或系統(tǒng)組合也可用于得出垂直軌道模量的趨勢。
[0073]如圖12中所示，方法通常會(huì)于框108開始，其中收集沿著鐵路軌道的一部分所測得的第一組垂直偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，垂直偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)由一個(gè)或多個(gè)成像攝像機(jī)收集且由評估單元進(jìn)行分析，所述評估單元配置成檢測和測量結(jié)構(gòu)中的各種幾何偏轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)測量光和/或基準(zhǔn)線的疊加用于檢測圖像內(nèi)的各個(gè)特征，諸如在軌道中存在任何轉(zhuǎn)彎或高度變化。在某些實(shí)施例中，垂直偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)于記錄單元內(nèi)和/或傳輸?shù)街T如遠(yuǎn)程裝置等其它裝置。
[0074]如在框110處大致所示，確定第一組垂直軌道模量數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，部分地基于所測得的第一組垂直偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)來確定第一組垂直軌道模量數(shù)據(jù)。如前所述，可以采用多種不同的算法和方法來確定所述第一組垂直軌道模量。例如，諸如在美國專利第7，920，984號中所述，文克爾(Winkler)模型可用于基于所測得的垂直偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)來確定垂直軌道模量。在一些實(shí)施例中，所測得的所述第一組垂直偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)以及由此產(chǎn)生的第一組垂直軌道模量在特定的時(shí)間與特定的軌道位置相關(guān)聯(lián)。因此，在框110處所確定的第一組垂直軌道模量可與在之前或之后的時(shí)間所確定的垂直軌道模量相比較。其結(jié)果是，所述第一組垂直軌道模量與之前或之后的垂直軌道模量相結(jié)合可用于改進(jìn)趨勢算法。
[0075]如在框112處大致所示，收集所測得的第二組垂直偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，收集針對特定軌道位置所測得的第二組垂直偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，所述特定軌道位置對應(yīng)于與在框108處所收集的所測得的第一組垂直偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的相同或類似軌道位置。在一些實(shí)施例中，在測得第一組垂直偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)隨后的時(shí)間點(diǎn)收集所測得的第二組垂直偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，但是沿著同一個(gè)軌道位置。所測得的第二組垂直偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)可用于確定第二組垂直軌道模量(框114)。
[0076]如在框116處大致所示，對第一組和第二組垂直軌道模量進(jìn)行分析。在一些實(shí)施例中，分析導(dǎo)致一種數(shù)學(xué)算法，該數(shù)學(xué)算法可以圖形圖表的方式表示與特定軌道位置的軌道模量相關(guān)聯(lián)的趨勢，其中特定軌道位置的軌道模量與第一組和第二組垂直軌道模量相關(guān)聯(lián)。多組垂直軌道模量也可用于確定數(shù)學(xué)算法。例如，三組或更多組垂直軌道模量可用于改進(jìn)數(shù)學(xué)算法，導(dǎo)致更高階算法和潛在的更接近的擬合曲線。
[0077]在一些實(shí)施例中，第一組和第二組垂直軌道模量的分析包括補(bǔ)償位置偏移。例如，與每組所收集到的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的位置精度可允許針對特定位置的所記錄數(shù)據(jù)之間的差異。該差異被稱為位置偏移。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，從在數(shù)據(jù)異常值持續(xù)記錄的點(diǎn)處所收集到的數(shù)據(jù)可識(shí)別位置偏移。例如，引橋可包括在下面的軌座急劇變化的垂直偏轉(zhuǎn)測量中的定義點(diǎn)，導(dǎo)致收集數(shù)據(jù)中的定義點(diǎn)。例如如果軌道由松動(dòng)的石頭集料支撐，但引橋由諸如混凝土等壓實(shí)實(shí)心支撐物支撐，則在該特定的位置處所測得的垂直偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)會(huì)突然發(fā)生變化。與突然變化相關(guān)聯(lián)的位置將保持不變，但是由位置識(shí)別器(諸如圖2的位置識(shí)別器24)所識(shí)別的位置會(huì)指示數(shù)據(jù)組之間的差異。因此，數(shù)據(jù)組之間的差異則可基于所測得的垂直偏轉(zhuǎn)的突然變化發(fā)生于恒定位置處的假設(shè)來校正數(shù)據(jù)組的位置偏移。其它的方法也可用于確定位置偏移。
[0078]如在框118處大致所示，基于在框116處進(jìn)行的分析來確定數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)趨勢。在一些實(shí)施例中，基于第一組和第二組垂直軌道模量創(chuàng)建的數(shù)學(xué)算法用于擬合直線或曲線。所擬合的直線或曲線代表可用于預(yù)測垂直軌道模量的數(shù)學(xué)趨勢。在一些實(shí)施例中，分析數(shù)學(xué)趨勢以便確定為了預(yù)測垂直軌道模量在未來達(dá)到或超過預(yù)先限定閾值的預(yù)期時(shí)間。預(yù)先限定的閾值可限定于任何水平的能夠使得趨勢算法提供有益效果的垂直軌道模量或垂直偏轉(zhuǎn)上。
[0079]在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可對所論述的示例性實(shí)施例進(jìn)行各種修改和補(bǔ)充。例如，雖然上述實(shí)施例提及特定的特征，但是本發(fā)明的范圍還包括具有不同特征組合的實(shí)施例和不包括所有所述特征的實(shí)施例。因此，本發(fā)明的范圍旨在包括如落入權(quán)利要求及其所有等同物范圍內(nèi)的所有這些替換、修改和變型。
【權(quán)利要求】
1.適于沿鐵路軌道導(dǎo)軌的長度對幾何形狀變化進(jìn)行成像的視覺系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 至少一個(gè)適于耦聯(lián)到位于導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)有軌車輛上的可見光成像攝像機(jī)，所述成像攝像機(jī)具有沿著大致平行于導(dǎo)軌縱向軸線的視線的視域且配置成在車輛沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)過程中適于產(chǎn)生導(dǎo)軌連續(xù)形狀圖像；以及 包括圖像處理器的評估單元，所述圖像處理器配置成適于分析來自成像攝像機(jī)的圖像以及沿著導(dǎo)軌長度檢測導(dǎo)軌的一個(gè)或多個(gè)幾何形狀的變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述成像攝像機(jī)耦聯(lián)到有軌車輛的側(cè)架上，且相對于車輪與導(dǎo)軌的接觸點(diǎn)基本上是剛性的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括: 位置識(shí)別器，所述位置識(shí)別器配置成用于獲取對應(yīng)有軌車輛的全球位置的全球位置數(shù)據(jù)；以及 記錄單元，所述記錄單元配置成存儲(chǔ)來自評估單元和位置識(shí)別器的數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括收發(fā)器，所述收發(fā)器配置成在評估單元和遠(yuǎn)程裝置之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括配置成測量光源，所述測量光源將結(jié)構(gòu)光投射到導(dǎo)軌表面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述測量光源包括多個(gè)激光器，所述多個(gè)激光器配置成將多束光束的每束光束投射到沿導(dǎo)軌長度的不同位置處。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的成像系統(tǒng)，其特征在于述激光器通過梁耦聯(lián)到有軌車輛上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于每束光束跨過垂直于縱向軸線的導(dǎo)軌橫向軸線投射。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于所述測量光源包括激光器，所述激光器配置成沿導(dǎo)軌縱向軸線的方向?qū)⒓す饩€投射到導(dǎo)軌軌頭上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述評估單元配置成測量沿著導(dǎo)軌的垂直偏轉(zhuǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于所述評估單元進(jìn)一步配置成至少部分地基于所測量的垂直偏轉(zhuǎn)來確定導(dǎo)軌的垂直軌道模量。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括一種裝置，所述裝置用于至少部分地基于垂直偏轉(zhuǎn)測量結(jié)果來得出在一段時(shí)間內(nèi)的多個(gè)垂直偏轉(zhuǎn)測量結(jié)果的趨勢，并預(yù)測與軌道相關(guān)聯(lián)的未來軌道性能。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個(gè)可見光成像攝像機(jī)包括耦聯(lián)到有軌車輛側(cè)架上的單個(gè)成像攝像機(jī)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于所述成像攝像機(jī)包括向前的成像攝像機(jī)，所述向前的成像攝像機(jī)配置成對側(cè)架前面的導(dǎo)軌部分進(jìn)行成像。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個(gè)可見光成像攝像機(jī)包括多個(gè)成像攝像機(jī)，其中所述每個(gè)成像攝像機(jī)耦聯(lián)到有軌車輛的側(cè)架上。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于所述成像攝像機(jī)配置成對導(dǎo)軌進(jìn)行立體成像。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個(gè)可見光成像攝像機(jī)包括向前的成像攝像機(jī)和向后的成像攝像機(jī)，所述向前的成像攝像機(jī)配置成對側(cè)架前面的導(dǎo)軌第一部分進(jìn)行成像，所述向后的成像攝像機(jī)配置成對側(cè)架后方的導(dǎo)軌第二部分進(jìn)行成像。
18.用于對經(jīng)受施載的結(jié)構(gòu)上的幾何形狀變化進(jìn)行成像的視覺系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 至少一個(gè)適于相對于所述結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的可見光成像攝像機(jī)，所述成像攝像機(jī)配置成在一段時(shí)間內(nèi)生成所述結(jié)構(gòu)的多個(gè)圖像； 包括圖像處理器的評估單元，所述圖像處理器配置成用于分析來自成像攝像機(jī)的圖像以及在所述結(jié)構(gòu)上的多個(gè)不同位置處測量所述結(jié)構(gòu)中的垂直偏轉(zhuǎn)；以及 一種裝置，其用于得出在一段時(shí)間內(nèi)的垂直偏轉(zhuǎn)測量結(jié)果的趨勢，并預(yù)測結(jié)構(gòu)的未來性能。
19.一種用于分析鐵路軌道導(dǎo)軌的幾何形狀的方法，所述方法包括: 從耦聯(lián)到運(yùn)動(dòng)的有軌車輛上的至少一個(gè)可見光成像攝像機(jī)獲取多個(gè)圖像，所述成像攝像機(jī)具有沿著大致平行于導(dǎo)軌縱向軸線的視線的視域； 檢測導(dǎo)軌在每幅所獲取圖像內(nèi)的位置； 識(shí)別和測量每幅圖像內(nèi)的遠(yuǎn)離 導(dǎo)軌預(yù)期位置或形狀的導(dǎo)軌位置或形狀中的變化；以及 確定在沿導(dǎo)軌的多個(gè)不同位置處的軌道垂直偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于識(shí)別和測量遠(yuǎn)離預(yù)期位置或形狀的導(dǎo)軌位置或形狀中的變化包括將結(jié)構(gòu)測量光投射到導(dǎo)軌表面上，以及使用測量光來測量圖像內(nèi)的導(dǎo)軌垂直偏轉(zhuǎn)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于識(shí)別和測量遠(yuǎn)離導(dǎo)軌預(yù)期位置或形狀的導(dǎo)軌位置或形狀中的變化包括將一條直的基準(zhǔn)線疊加到圖像內(nèi)的導(dǎo)軌頂表面上以及使用基準(zhǔn)線來測量導(dǎo)軌垂直偏轉(zhuǎn)。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于識(shí)別和測量每幅圖像內(nèi)的遠(yuǎn)離導(dǎo)軌預(yù)期位置或形狀的導(dǎo)軌位置或形狀中的變化包括在沿著導(dǎo)軌長度的多個(gè)不同位置處將多束光束疊加到導(dǎo)軌的橫向軸線上。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于識(shí)別和測量每幅圖像內(nèi)的遠(yuǎn)離導(dǎo)軌預(yù)期位置或形狀的導(dǎo)軌位置或形狀中的變化包括評估圖像內(nèi)的導(dǎo)軌形狀。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于確定軌道垂直偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)包括將有軌車輛的一個(gè)或多個(gè)剛體運(yùn)動(dòng)從導(dǎo)軌的評估形狀中除去。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)軌包括軌頭，所述軌頭具有帶有角落或邊緣的頂表面，并且其中評估每幅圖像內(nèi)的導(dǎo)軌形狀包括: 識(shí)別圖像內(nèi)的導(dǎo)軌頂表面的角落或邊緣； 識(shí)別角落或邊緣的中點(diǎn)，以及針對疊加到導(dǎo)軌上的每束相應(yīng)光束而沿著導(dǎo)軌長度的預(yù)期位置疊加橫向線； 將導(dǎo)軌頂部的中心線偏移相對于連接每條橫向線中點(diǎn)的直的基準(zhǔn)線進(jìn)行比較；以及 基于直的基準(zhǔn)線與中心線的比較評估導(dǎo)軌垂直偏轉(zhuǎn)和/或?qū)к壠D(zhuǎn)區(qū)的形狀。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于還包括至少部分地基于軌道垂直偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)來確定導(dǎo)軌的垂直軌道模量。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征性在于還包括得出在一段時(shí)間內(nèi)的多個(gè)垂直偏轉(zhuǎn)測量結(jié)果的趨勢，并預(yù)測與軌道相關(guān)聯(lián)的未來軌道性能。
【文檔編號】B61L23/04GK103635375SQ201280030296
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月24日
【發(fā)明者】S·M·費(fèi)里特 申請人:內(nèi)布拉斯加大學(xué)董事會(huì)