一種鋼軌損傷探測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵路維護(hù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋼軌損傷探測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來各國軌道交通都在高速發(fā)展，運(yùn)營里程也在快速增長，軌道交通的發(fā)展給貨運(yùn)和客運(yùn)提供了極大的便利，提高了交通運(yùn)輸?shù)乃俣群瓦\(yùn)力。隨著鋼軌服役時間的增加和鐵路向高速重載方向發(fā)展，鋼軌損傷探測技術(shù)倍受關(guān)注。鋼軌表面缺陷會加快車輪的磨損，同時鋼軌表面裂縫反復(fù)碾壓后也會導(dǎo)致斷軌，這些都增加了脫軌的可能性，嚴(yán)重影響行車安全。如果忽視了對損傷鋼軌的檢測和處理，會導(dǎo)致嚴(yán)重的交通事故，后果不堪設(shè)想。
[0003]鋼軌損傷的存在形式主要有兩種:波紋缺陷和離散缺陷，基于鋼軌損傷檢測的重要性，各國交通管理部門紛紛制定不同的檢測模式來實(shí)現(xiàn)對鋼軌的檢測和維護(hù)?，F(xiàn)有技術(shù)中，典型的鋼軌損失探測方式有以下幾種:(I)采用超聲波技術(shù)進(jìn)行探測，超聲波探測方式能夠有效地識別離散缺陷；(2)人工方式檢測，憑借軌道維護(hù)工人的個人經(jīng)驗(yàn)，對每一個軌道沿線檢測。但是這些方式檢測效率較低，檢測的缺陷不夠全面。
[0004]因此，需要一種鋼軌損傷探測方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對全部軌道進(jìn)行損傷探測的同時，能夠識別出軌道的離散缺陷和波紋缺陷，并能夠提高鋼軌損失探測的速度，減少使用的人工成本。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種鋼軌損傷探測方法，通過搭建隨軌道探測的探測小車的形式，完成對全部軌道的損傷探測，同時引用有針對性的超聲波技術(shù)和圖像識別技術(shù)，識別出軌道的各種類型的缺陷，從而替代人工的探測模式，提高鋼軌損傷探測的效率。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種鋼軌損傷探測方法，該方法包括下列步驟:1)提供一種鋼軌損傷探測推車，所述探測推車行走在鋼軌之間，用于探測鋼軌的損傷程度，其特征在于，所述探測推車包括推手、走行輪、豎式探測架、圖像探測設(shè)備、超聲波探測設(shè)備和ARM 11處理器，所述走行輪用于實(shí)現(xiàn)所述探測推車行走在鋼軌之間，所述圖像探測設(shè)備和所述超聲波探測設(shè)備以上下排列方式位于所述豎式探測架上，所述圖像探測設(shè)備對采集的鋼軌圖像進(jìn)行圖像處理，所述超聲波探測設(shè)備對鋼軌進(jìn)行超聲波探測，所述ARM 11處理器與所述圖像探測設(shè)備和所述超聲波探測設(shè)備分別連接，基于所述圖像處理結(jié)果和所述超聲波探測結(jié)果，確定鋼軌的損傷程度；2)使用所述推車來探測。
[0007]更具體地，在所述鋼軌損傷探測推車中，還包括:鋼軌清潔設(shè)備，包括水刷、水管和水閥，所述水刷用于對鋼軌表面進(jìn)行清除，所述水管用于為所述水刷提供用水，所述水閥與所述水管連接，用于控制所述水管供水的打開與關(guān)閉；太陽能供電設(shè)備，包括鉛酸蓄電池和光伏板，所述光伏板與所述鉛酸蓄電池連接，用于將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，并儲存到所述鉛酸蓄電池中；USB通信接口，用于插入外部U盤，接收外部U盤中預(yù)存的波紋上限灰度閾值、波紋下限灰度閾值、波紋長度閾值和幅值閾值，所述波紋上限灰度閾值和所述波紋下限灰度閾值用于將圖像中的波紋和背景分離；靜態(tài)存儲設(shè)備，與所述USB通信接口連接，用于接收并存儲所述波紋上限灰度閾值、所述波紋下限灰度閾值、所述波紋長度閾值和所述幅值閾值；所述超聲波探測設(shè)備包括超聲波發(fā)生器、超聲波接收器和微控制器，所述超聲波發(fā)生器向鋼軌發(fā)出連續(xù)超聲脈沖波束，如鋼軌無損傷存在，超聲脈沖波束到達(dá)鋼軌后依原路返回到所述超聲波接收器，所述超聲波接收器接收得到底波，如鋼軌有損傷，則所述超聲波接收器在接收得到底波前還接收一個傷損波，所述微控制器與所述超聲波接收器連接以分離出所述傷損波中的離散缺陷子波，并輸出所述離散缺陷子波的幅值；所述圖像探測設(shè)備包括攝像頭和波紋缺陷檢測器，所述攝像頭對鋼軌拍攝，以采集鋼軌圖像，所述波紋缺陷檢測器與所述攝像頭和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，所述波紋缺陷檢測器包括自適應(yīng)直方圖均衡化處理單元、灰度化處理單元、波紋圖像分割單元和波紋缺陷識別單元，所述自適應(yīng)直方圖均衡化處理單元與所述攝像頭連接，對所述鋼軌圖像的每一個像素在其鄰域窗口進(jìn)行自適應(yīng)直方圖均衡化處理，以獲得均衡化圖像，所述灰度化處理單元與所述自適應(yīng)直方圖均衡化處理單元連接，對所述均衡化圖像進(jìn)行灰度化處理，以獲得灰度化圖像，所述波紋圖像分割單元與所述灰度化處理單元和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，將所述灰度化圖像中灰度值在所述波紋上限灰度閾值和所述波紋下限灰度閾值之間的像素識別并組成多個波紋子圖案，所述波紋缺陷識別單元與所述波紋圖像分割單元連接，累計所述多個波紋子圖像的波紋長度以作為總波紋長度輸出；所述ARM 11處理器與所述攝像頭、所述波紋缺陷識別單元、所述微控制器和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，將所述離散缺陷子波的幅值、所述總波紋長度復(fù)合在所述鋼軌圖像上以形成一個復(fù)合圖像，當(dāng)所述離散缺陷子波的幅值大于等于所述幅值閾值時，發(fā)出離散缺陷預(yù)警信號，當(dāng)所述離散缺陷子波的幅值超過所述幅值閾值的50%時，發(fā)出離散缺陷報警信號，當(dāng)所述總波紋長度大于等于所述波紋閾值時，發(fā)出波紋缺陷預(yù)警信號，當(dāng)所述總波紋長度超過所述波紋閾值的50%時，發(fā)出波紋缺陷報警信號；無線收發(fā)設(shè)備，與所述ARM 11處理器連接，還與遠(yuǎn)端的鐵道管理控制服務(wù)器建立雙通道的無線通信鏈路，將所述離散缺陷預(yù)警信號、所述離散缺陷報警信號、所述波紋缺陷預(yù)警信號或所述波紋缺陷報警信號無線發(fā)送給所述鐵道管理控制服務(wù)器；顯示設(shè)備，與所述ARM 11處理器連接，用于實(shí)時顯示所述復(fù)合圖像，還用于實(shí)時顯示所述離散缺陷預(yù)警信號、所述離散缺陷報警信號、所述波紋缺陷預(yù)警信號或所述波紋缺陷報警信號；其中，所述顯示設(shè)備在所述復(fù)合圖像中顯示與所述離散缺陷子波的幅值對應(yīng)的離散缺陷等級，以及顯示與所述總波紋長度對應(yīng)的波紋缺陷等級。
[0008]更具體地，在所述鋼軌損傷探測推車中，所述顯示設(shè)備還與所述靜態(tài)存儲設(shè)備連接，所述靜態(tài)存儲設(shè)備還存儲了所述離散缺陷子波的幅值與所述離散缺陷等級的對應(yīng)關(guān)系，以及存儲了所述總波紋長度與所述波紋缺陷等級的對應(yīng)關(guān)系。
[0009]更具體地，在所述鋼軌損傷探測推車中，所述攝像頭以1280 X 1024的分辨率采集所述鋼軌圖像。
[0010]更具體地，在所述鋼軌損傷探測推車中，所述自適應(yīng)直方圖均衡化處理單元、所述灰度化處理單元、所述波紋圖像分割單元和所述波紋缺陷識別單元分別采用不同的FPGA芯片實(shí)現(xiàn)。
[0011]更具體地，在所述鋼軌損傷探測推車中，所述無線收發(fā)設(shè)備還用于接收所述鐵道管理控制服務(wù)器發(fā)送的控制指令。
【附圖說明】
[0012]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行描述，其中:
[0013]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的鋼軌損傷探測推車的結(jié)構(gòu)方框圖。
[0014]圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的鋼軌損傷探測推車的超聲波探測設(shè)備的結(jié)構(gòu)方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面將參照附圖對本發(fā)明的鋼軌損傷探測推車的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0016]高速鐵路和重載鐵路的運(yùn)營對鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的可靠性的要求十分嚴(yán)格。鋼軌探傷作為基礎(chǔ)設(shè)施檢測工作的一部分，對鐵路運(yùn)營的安全起著至關(guān)重要的作用。
[0017]在過去，大部分的在線鋼軌斷裂都是內(nèi)部缺陷造成的。內(nèi)部缺陷通常產(chǎn)生于鋼軌腰部和頭部，隨著鋼軌的過度磨損和疲勞使用，內(nèi)部缺陷不斷發(fā)展擴(kuò)大，最終