本發(fā)明涉及鐵路應(yīng)急救援領(lǐng)域，特別是一種基于視覺測量的鐵路救援雙車吊復(fù)輔助同步裝置。
背景技術(shù)：
：行車事故救援是鐵路運(yùn)輸安全生產(chǎn)的重要組成部分,救援工作的成敗直接關(guān)系到事故性質(zhì)的改變和事故損失的程度。為確保救援安全快速、有序地進(jìn)行,提高整體救援工作,將事故損失降到最低。一旦發(fā)生運(yùn)輸中斷,必須積極地處理,迅速恢復(fù)通車,將運(yùn)輸中斷時間減少到最低程度，制定合理的應(yīng)急救援方案便成為行車事故救援組織者和指揮者的首要工作。在行車事故中，因起重機(jī)的配置與性能，并不能在任何情況下均能起吊與起重機(jī)起吊質(zhì)量相符的最大質(zhì)量，隨著我國鐵路運(yùn)輸車輛設(shè)備的更新，單車車輛載重量的增大，使其總質(zhì)量增加，同時隨著列車運(yùn)行速度的提高，一旦發(fā)生脫軌事故，其脫軌車輛一般為n輛，脫軌后有更加嚴(yán)重的破損，給救援吊復(fù)增加了很大的難度，單臺起重機(jī)已經(jīng)很難滿足起吊質(zhì)量的要求，對雙臺起重機(jī)協(xié)同作業(yè)的需求日益增多，然而，雙機(jī)在協(xié)同吊裝時危險性大大增加，在雙機(jī)協(xié)同吊裝的過程中往往采取人工編制吊裝作業(yè)方案，依靠人工經(jīng)驗(yàn)完成協(xié)同吊復(fù)，往往會由于載荷分配不合理導(dǎo)致起重機(jī)斷臂、傾覆等災(zāi)難性的后果。本發(fā)明針對在雙機(jī)吊復(fù)作業(yè)過程中，起重機(jī)載荷的不均勻分配制定具體的方案，從而保證吊復(fù)作業(yè)的安全。在國內(nèi)到目前為止，尚未檢索到類似技術(shù)或相關(guān)專利。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，本發(fā)明的目的是，提供一種基于視覺測量的鐵路救援雙車吊復(fù)輔助同步協(xié)調(diào)控制方法，通過視覺測量終端獲取現(xiàn)場的空間幾何數(shù)據(jù)信息，傳回給后臺服務(wù)器，并實(shí)時制定出解決雙車協(xié)同吊復(fù)過程中載荷不均勻問題的方案，其手段為：一種基于視覺測量的鐵路救援雙車吊復(fù)輔助同步協(xié)調(diào)控制方法，用以輔助鐵路救援雙車吊復(fù)時兩臺起重機(jī)的同步，確保吊復(fù)安全：通過視覺測量終端獲取事故現(xiàn)場的空間幾何數(shù)據(jù)信息，傳回給后臺服務(wù)器，并實(shí)時給出雙車協(xié)同吊復(fù)過程中載荷不均勻信息，包括以下步驟：1)鐵路事故發(fā)生后，由兩臺起重機(jī)進(jìn)行協(xié)同吊復(fù)(如圖3a)；在事故現(xiàn)場布置視覺測量終端S對包括吊復(fù)過程中雙機(jī)系統(tǒng)空間三維坐標(biāo)、被吊裝機(jī)車車體空間三維坐標(biāo)、吊裝點(diǎn)空間三維坐標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場獲取(如圖3b中的要素)；并將獲取的數(shù)據(jù)信息傳遞給數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊；2)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊會自動從后臺數(shù)據(jù)庫中篩選出所需的數(shù)據(jù)，包括雙機(jī)系統(tǒng)的空間三維坐標(biāo)、機(jī)車車體的三維空間坐標(biāo)以及車體的幾何重心位置坐標(biāo)、機(jī)車車體上的吊點(diǎn)位置坐標(biāo)，這些數(shù)據(jù)為后續(xù)步驟中進(jìn)行起重機(jī)吊復(fù)過程中的吊力、幅度計(jì)算提供數(shù)據(jù)依據(jù)；3)求解模塊將會對數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊中所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行求解計(jì)算：具體過程如下：a)計(jì)算起重機(jī)的載荷變化過程兩臺起重機(jī)此時所受的載荷Fa和Fb分別為：Fa=G(1-lxl)+GhltanαFb=Glxl-Ghltanα]]>h—吊點(diǎn)到機(jī)車重心的垂直距離；l—機(jī)車同側(cè)兩個吊點(diǎn)之間的距離；lx—左邊吊點(diǎn)離機(jī)車車體重心的水平距離；G—機(jī)車質(zhì)量；α—機(jī)車車體離開地面后與水平面形成的角度。b)根據(jù)載荷變化過程計(jì)算兩臺起重機(jī)吊臂的調(diào)整過程：兩臺輔起重機(jī)的幅度變化β'及鋼繩長度l”α=arcsinh1-h2lβ′=arccos=lacosβ-l(1-cosα)lah=arccoslasin(β′-β)sin(2β′-2β-r)l′′=l′+h-lsinα]]>la—吊臂長；β—吊臂與水平線的夾角；γ—鋼繩與吊臂的夾角；l—機(jī)車車體長；l'—鋼繩的長度；h1、h2—分別為車廂左右兩端所處的高度；其中的各參數(shù)可結(jié)合圖1和圖2表達(dá)。由上計(jì)算求解得到的起重機(jī)的載荷及吊臂幅度變化數(shù)據(jù)傳輸給兩臺起重機(jī)上的同步顯示終端，實(shí)時顯示出吊裝力的變化曲線圖以及吊臂幅度變化圖，通過同步顯示終端的提示起重機(jī)操作員進(jìn)行協(xié)同吊復(fù)的安全有效操作。本發(fā)明的視覺測量終端主要作用是對協(xié)同起吊的過程中進(jìn)行實(shí)時的空間三維幾何坐標(biāo)的數(shù)據(jù)采集，主要由：1、視覺傳感器；2、圖像采集卡；3、工業(yè)計(jì)算機(jī)組成?，F(xiàn)介紹各個硬件的作用。視覺傳感器主要是獲取足夠的機(jī)器視覺系統(tǒng)要處理的最原始圖像。圖像采集卡是圖像采集和圖像處理之間的接口。作用是控制視覺傳感器進(jìn)行信號采集，并將采集到模擬信號量化后轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，然后將其存儲到幀存儲器中，繼而通過數(shù)據(jù)接口傳入計(jì)算機(jī)內(nèi)存用于后續(xù)圖像處理。工業(yè)計(jì)算機(jī)對圖像信號進(jìn)行處理并輸出物體幾何空間坐標(biāo)信息。同步顯示終端位于起重機(jī)中，為起重機(jī)操作員提供協(xié)同吊復(fù)方案。本發(fā)明的后臺服務(wù)器主要是在起重機(jī)吊復(fù)過程中實(shí)時計(jì)算各起重機(jī)吊裝力，幅度變化，形成協(xié)同吊復(fù)方案，并將分析結(jié)果輸出給同步顯示終端，是一個數(shù)據(jù)處理中心，主要由：1、數(shù)據(jù)庫中心；2數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊；3求解模塊；4、輸出結(jié)果模塊組成?，F(xiàn)介紹各模塊的具體功能：數(shù)據(jù)庫中心：是一個數(shù)據(jù)存儲中心，存儲包括已有的存儲數(shù)據(jù)信息如所用起重機(jī)的數(shù)據(jù)信息、被吊裝機(jī)車車體數(shù)據(jù)信息等，還包括視覺測量終端上傳的事故現(xiàn)場對象的空間三維坐標(biāo)等信息。數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊：獲取進(jìn)行吊裝方案求解的所必要的數(shù)據(jù)信息包括雙機(jī)系統(tǒng)整體坐標(biāo)系、被吊裝機(jī)車車體的重心、吊裝點(diǎn)的坐標(biāo)值等。這些空間三維數(shù)據(jù)坐標(biāo)的獲取是為了下一步的起重機(jī)吊裝方案求解做準(zhǔn)備。求解模塊：用于進(jìn)行雙機(jī)系統(tǒng)吊臂幅度、鋼繩長度、吊力等計(jì)算，在進(jìn)行求解的過程中還會對計(jì)算出的吊力進(jìn)行起升重量進(jìn)行校核，以確保得出的吊裝方案更加安全。結(jié)果輸出模塊：主要是用于輸出吊裝分析演示，吊力動態(tài)變化結(jié)果輸出以及當(dāng)起重機(jī)載荷超載時進(jìn)行安全預(yù)警，并把這些結(jié)果通過局域網(wǎng)傳給同步顯示終端。本發(fā)明從列車事故的安全救援出發(fā)構(gòu)造基于視覺測量的鐵路雙車吊復(fù)輔助救援同步裝置，輔助傳統(tǒng)鐵路事故應(yīng)急救援部門以快速制定救援預(yù)案，提高救援效率，降低雙車系統(tǒng)吊復(fù)的安全隱患?？朔藗鹘y(tǒng)的雙機(jī)吊復(fù)缺乏有效的、科學(xué)的理論指導(dǎo)、吊復(fù)成本高、無法實(shí)時進(jìn)行應(yīng)急輔助救援等缺點(diǎn)，快速有效地生成吊復(fù)方案，指導(dǎo)實(shí)際的雙機(jī)協(xié)同吊復(fù)工作。采用本發(fā)明的方法，通過視覺測量終端獲取現(xiàn)場的空間幾何數(shù)據(jù)信息，傳回給后臺服務(wù)器，并實(shí)時制定出解決雙車協(xié)同吊復(fù)過程中載荷不均勻問題的方案，為起重機(jī)操作員在兩臺起重機(jī)協(xié)同吊復(fù)時承受載荷不均勻時提供指導(dǎo)。附圖說明圖1離開地面前機(jī)車車體受力分析圖。圖2離開地面后機(jī)車車體受力分析。圖3雙機(jī)協(xié)同吊裝不同步示意圖，其中(a)為吊裝場景圖，(b)受理分析圖。圖4是本發(fā)明視覺測量工作示意圖。圖5是本發(fā)明后臺服務(wù)器功能連接示意圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施視覺測量終端現(xiàn)場工作示意圖。圖7是本發(fā)明具體實(shí)施總體流程圖。具體實(shí)施方式鐵路事故發(fā)生后，兩臺起重機(jī)進(jìn)行協(xié)同吊復(fù)，結(jié)合視覺測量終端內(nèi)部工作示意圖(圖4)和視覺測量終端現(xiàn)場工作示意圖(圖6)可知，由數(shù)字相機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場環(huán)境的實(shí)時圖像獲取，數(shù)字相機(jī)主要由視覺傳感器和圖像采集卡組成，它們是獲取圖像的關(guān)鍵。圖像采集卡的作用是控制視覺傳感器進(jìn)行信號(包括兩臺起重機(jī)、吊復(fù)的機(jī)車車體的圖像信息)采集，并將采集到模擬信號量化后轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，然后將其存儲到幀存儲器中。幀存儲器中存儲的數(shù)字圖像通過數(shù)據(jù)接口傳入工業(yè)計(jì)算機(jī)中，工業(yè)計(jì)算機(jī)將會對數(shù)字圖像進(jìn)行處理。為了提取出最終特征目標(biāo)，必須對圖像進(jìn)行分割，取出背景噪聲，保留目標(biāo)圖像。通過圖像分割對預(yù)處理圖像進(jìn)行目標(biāo)特征點(diǎn)提取，并完成圖像中特征信息的二維參數(shù)精確描述。在數(shù)字相機(jī)標(biāo)定和二維圖像測量結(jié)果的基礎(chǔ)上，完成空間三維坐標(biāo)測量或空間幾何參數(shù)的測量即包括吊復(fù)過程中雙機(jī)系統(tǒng)空間三維坐標(biāo)、被吊裝機(jī)車車體空間三維坐標(biāo)、吊裝點(diǎn)空間三維坐標(biāo)。最后對獲得的數(shù)據(jù)即待測目標(biāo)的X、Y、Z坐標(biāo)輸出給后臺服務(wù)器，后臺服務(wù)器會將這些數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)庫中心進(jìn)行存儲。結(jié)合后臺服務(wù)器功能連接示意圖(圖5)和后臺服務(wù)器數(shù)據(jù)處理意圖(圖7)。可知，后臺服務(wù)器對所獲取的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并快速生成吊裝方案，主要由數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)據(jù)整理模塊、吊裝力求解模塊及雙機(jī)系統(tǒng)求解模塊組成，其計(jì)算過程是：數(shù)據(jù)庫中心——數(shù)據(jù)預(yù)處理——計(jì)算求解——結(jié)果輸出。1)數(shù)據(jù)庫中心是一個數(shù)據(jù)存儲中心，本身已存儲了所用起重機(jī)的各種數(shù)據(jù)，包括起重機(jī)最大起重量、最大負(fù)載率、各起重機(jī)初始姿態(tài)、初始狀態(tài)鋼絲繩從卷揚(yáng)至吊鉤長度；被吊機(jī)車車體數(shù)據(jù)包括重心的幾何位置、初始姿態(tài)等。數(shù)據(jù)庫中心實(shí)時對視覺測量終端獲取的雙機(jī)系統(tǒng)空間三維坐標(biāo)、被吊裝機(jī)車車體空間三維坐標(biāo)、吊裝點(diǎn)坐標(biāo)的信息進(jìn)行存儲。數(shù)據(jù)獲取模塊的主要功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲并為數(shù)據(jù)預(yù)處理處理模塊實(shí)時提供數(shù)據(jù)支持。2)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊從數(shù)據(jù)庫中心中篩選出進(jìn)行吊復(fù)方案求解的所必要的數(shù)據(jù)信息包括雙機(jī)系統(tǒng)整體坐標(biāo)系、被吊裝機(jī)車車體的重心坐標(biāo)、吊裝點(diǎn)的坐標(biāo)等。3)求解模塊對數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊中的所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算求解，從而實(shí)時算出雙機(jī)系統(tǒng)吊臂工作幅度、鋼繩長度、吊力。在計(jì)算求解的過程中還會對雙機(jī)系統(tǒng)中的起重機(jī)的起重量進(jìn)行校核，其目的在于預(yù)防起重機(jī)超載而發(fā)生傾覆。具體的校核過程是：為了保證起重機(jī)作業(yè)時具有足夠的穩(wěn)定性，吊鉤上的最大載荷Qn(即額定起重量)應(yīng)小于Q1(臨界傾覆載荷)：Qn＝αQ1式中：α取0.75。當(dāng)計(jì)算出的吊力Fa與Fb分別小于Qn時，此時起重機(jī)所受的載荷是比較安全的；當(dāng)Fa與Fb分別大于Qn且小于Q1時，此時起重機(jī)所受的載荷開始超載；當(dāng)Fa與Fb分別大于Q1時，此時起重機(jī)隨時有發(fā)生傾覆的危險。4)結(jié)果輸出模塊把吊裝分析演示、吊力動態(tài)變化等結(jié)果通過局域網(wǎng)傳送給同步顯示終端，同時根據(jù)起重機(jī)所受載荷的情況相應(yīng)地使起重機(jī)上的預(yù)警示燈變色(綠色、黃色、紅色)。綠色表示起重機(jī)所受的載荷是比較安全的，黃色表示起重機(jī)所受的載荷開始超載，紅色表示起重機(jī)隨時有發(fā)生傾覆的危險。當(dāng)指示燈變?yōu)辄S色或紅色時，起重機(jī)操作員會根據(jù)同步顯示終端上顯示的吊裝分析演示、吊力動態(tài)變化圖像調(diào)整起重機(jī)吊復(fù)作業(yè)，防止發(fā)生傾覆、斷臂等危險。當(dāng)前第1頁1 2 3