一种城轨列车车载定位测速装置

1.本发明属于物体运动的线速度和方向的测量，尤其涉及一种城轨列车车载定位和测速装置。


背景技术：

2.城轨列车作为国民经济中最重要的交通工具之一，对其是否运动、运行方向和线速度的准确、实时测量至关重要。传统的轮速法、多普勒测速法和gps定位等方法均存在一定的技术缺陷，基于实时图像处理的视觉定位与测速成为新的研究方向，视觉定位和测速的硬件支持是本发明要解决的主要问题。本发明是基于实时图像处理的视觉定位与测速车载设备，在列车行驶速度不超过120km/h时，实现了对其连续定位和测速，具有不依赖于列车上别的设备、精度高、成本低、适应车载环境的特点。


技术实现要素：

3.为了克服以往定位和测速技术的不足，设计满足精简、智能的检测要求。设计有防振、防尘、防水、防遮挡、自适应补光的车载装置。本发明提供一种城轨列车车载定位测速装置。
4.本发明的一种城轨列车车载定位测速装置，具体为：外壳体通过装置顶部的外缘螺栓孔安装螺栓固定在车底的安装支架上。外壳体内从上往下依次安装上弹簧、上双法兰结构、相机固定机构、下双法兰结构和下弹簧，构成单自由度减振系统。
5.相机固定机构上安装工业相机，控制/驱动集成板固定在上双法兰结构内部。
6.工业相机的进光口安装有led光源和透明的防尘钢化玻璃，防尘钢化玻璃和外壳体之间设置橡胶止水带。
7.外壳体顶部装有防水的航插用于设备走线。
8.进一步的，外壳体为铝合金材料。
9.进一步的，工业相机为basler单色工业相机aca720-290gm和ricoh 镜头fl-cc0614a-2m。
10.本发明的装置内集成防遮挡算法，根据采集图像是否存在长期稳定低灰度区域来判断是否发生遮挡，当遮挡达到一定的程度（预设的阈值），将触发上位视觉处理计算机报警，并在报警日志中生成维护记录。
11.本发明的装置内集成自动补光功能，根据相机反馈的采集图像的平均灰度值，采用pid控制算法计算出i/o控制量，通过ethernet向工业相机发送控制指令，工业相机根据控制指令调节do端口的输出频率，向控制/驱动集成板发送不同频率的方波信号，控制/驱动集成板根据相机信号频率发出高频闪pwm信号控制驱动电路，实现led光源的自适应补光。
12.本发明的有益技术效果为：本发明基于实时图像处理的视觉测速，在实现了测速精度的前提下，具有成本低、
防震动、防尘防水、集成度高的特点。
附图说明
13.图1为本发明城轨列车车载定位测速装置的结构示意图。
14.图2为本发明内置防遮挡算法流程图。
15.图3为本发明内置自动补光功能控制原理图。
具体实施方式
16.下面结合附图和具体实施方法对本发明作进一步详细说明。
17.本发明的一种城轨列车车载定位测速装置如图1所示，具体为：外壳体2通过装置顶部的外缘螺栓孔3安装螺栓固定在车底的安装支架上。外壳体2内从上往下依次安装上弹簧4、上双法兰结构6、相机固定机构7、下双法兰结构9和下弹簧10，构成单自由度减振系统。其刚度和阻尼系数通过simpack仿真和实验确定，以减小相机在采集图像时受到列车振动的影响。
18.相机固定机构7上安装工业相机8，控制/驱动集成板5固定在上双法兰结构6内部。
19.工业相机8的进光口安装有led光源11和透明的防尘钢化玻璃13，防尘钢化玻璃13和外壳体2之间设置橡胶止水带12，达到装置的防尘、防水效果。
20.外壳体2顶部装有防水的航插1用于设备走线。
21.进一步的，外壳体2为铝合金材料。
22.进一步的，工业相机8为basler单色工业相机aca720-290gm和ricoh 镜头fl-cc0614a-2m，帧频可达291 fps，光圈范围f1.4
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f16，ricoh 镜头为6mm焦距，可在列车行驶速度不超过120km/h时，对其进行连续定位和测速。
23.通常的图像遮挡算法不适用于本装置的应用场景，本发明设计了专用的防遮挡算法，尤其适合车载镜头被泥浆、尘土的遮挡检测，其原理是根据采集图像是否存在长期稳定低灰度区域来判断是否发生遮挡。当遮挡达到一定的程度，将触发上位视觉处理计算机报警，并在报警日志中生成维护记录。具体程序流程如图2所示。图2中，nbs为一个遮挡检测周期中的检测次数，sr为最终的黑斑像素数量与图片像素数量之比，反映了镜头被遮挡的严重程度，ths为遮挡报警的阈值。黑斑分析是把附着的遮障物近似成多个圆形区域，统计出圆的个数并计算出各个圆的圆心坐标和半径。黑斑数据结构包括黑斑圆形区域个数及其圆心和半径，通过在黑斑预测数据中删除当前黑斑数据，可以剔除那些伪遮挡区域。
24.为提高采集图像的质量，本发明设计了自动补光功能，其pid控制原理如图3所示。根据相机反馈的采集图像的平均灰度值，采用pid控制算法计算出i/o控制量，通过ethernet向工业相机8发送控制指令，工业相机8根据控制指令调节do端口的输出频率，向控制/驱动集成板5发送不同频率的方波信号，控制/驱动集成板5根据相机信号频率发出高频闪pwm信号控制驱动电路，实现led光源11的自适应补光。


技术特征：
1.一种城轨列车车载定位测速装置，其特征在于，外壳体（2）通过装置顶部的外缘螺栓孔（3）安装螺栓固定在车底的安装支架上；外壳体（2）内从上往下依次安装上弹簧（4）、上双法兰结构（6）、相机固定机构（7）、下双法兰结构（9）和下弹簧（10），构成单自由度减振系统；所述相机固定机构（7）上安装工业相机（8），控制/驱动集成板（5）固定在上双法兰结构（6）内部；所述工业相机（8）的进光口安装有led光源（11）和透明的防尘钢化玻璃（13），防尘钢化玻璃（13）和外壳体（2）之间设置橡胶止水带（12）；所述外壳体（2）顶部装有防水的航插（1）用于设备走线。2.根据权利要求1所述的一种城轨列车车载定位测速装置，其特征在于，所述外壳体（2）为铝合金材料。3.根据权利要求1所述的一种城轨列车车载定位测速装置，其特征在于，所述工业相机（8）为basler单色工业相机aca720-290gm和ricoh 镜头fl-cc0614a-2m。4.根据权利要求1所述的一种城轨列车车载定位测速装置，其特征在于，装置内集成防遮挡算法，根据采集图像是否存在长期稳定低灰度区域来判断是否发生遮挡，当遮挡达到预设的阈值，将触发上位视觉处理计算机报警，并在报警日志中生成维护记录。5.根据权利要求1所述的一种城轨列车车载定位测速装置，其特征在于，装置内集成自动补光功能，根据相机反馈的采集图像的平均灰度值，采用pid控制算法计算出i/o控制量，通过ethernet向工业相机（8）发送控制指令，工业相机（8）根据控制指令调节do端口的输出频率，向控制/驱动集成板（5）发送不同频率的方波信号，控制/驱动集成板（5）根据相机信号频率发出高频闪pwm信号控制驱动电路，实现led光源（11）的自适应补光。

技术总结
本发明公开了一种城轨列车车载定位测速装置，具体为：外壳体通过装置顶部的外缘螺栓孔安装螺栓固定在车底的安装支架上；外壳体内从上往下依次安装上弹簧、上双法兰结构、相机固定机构、下双法兰结构和下弹簧，构成单自由度减振系统；相机固定机构上安装工业相机，控制/驱动集成板固定在上双法兰结构内部；工业相机的进光口安装有LED光源和透明的防尘钢化玻璃，防尘钢化玻璃和外壳体之间设置橡胶止水带；外壳体顶部装有防水的航插用于设备走线。本发明基于实时图像处理的视觉测速，在实现了测速精度的前提下，具有成本低、防震动、防尘防水、集成度高的特点。集成度高的特点。集成度高的特点。


技术研发人员：单奇 聂兴家 宋金城 文志川 赵武飞 胡真
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2022.04.11
技术公布日：2022/5/6