一种钢轨纵向位移监测系统技术领域
本发明涉及钢轨技术领域，特别涉及一种钢轨纵向位移监测系统。
背景技术
钢轨是铁路轨道的主要组成部件。它的功用在于引导机车车辆的车轮前进，承受车轮的巨大压力，并传递到轨枕上，钢轨必须为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面。随着相关技术不断成熟，无缝钢轨的使用越来越普遍，将多根25米长钢轨焊接成为单根几百米甚至几千米长，例如沪宁线单轨长度已达到303公里，加大了列车行进速度，提高了乘客舒适性，增加了铁路运输运载量。由于热胀冷缩及列车行进巨大摩擦力，钢轨会出现一定程度上的纵向爬行位移，或在不定区间内存储下巨大应力，易导致胀轨跑道或拉断钢轨，存在巨大的安全隐患，造成重大交通安全事故。
我国铁路营运里程现已突破10万公里，高速铁路突破1万公里，由于交通运输需求，地铁、轻轨、城际铁路等城市轨道交通也不断发展。随着列车运行速度不断加快，列车数量不断增加，现阶段的人工测量钢轨纵向位移量的方法耗时长、精度低，受人为因素干扰明显，占用了大量人力物力，已不适应铁路现代化管理的要求，快速精准自动化测量已成为必然的发展趋势。。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种钢轨纵向位移监测系统，加快测量流程，简化安装过程，消除人为影响，提高测量精度。
为实现上述目的，本发明提供了一种钢轨纵向位移监测系统，包括：位移测量装置、定位底座和激光源；其中，
所述定位底座固定于钢轨轨底，用于标记测量位置；
所述激光源固定于钢轨旁固定设施处，用于提供激光束；
所述位移测量装置，固定在所述定位底座上，用于在第一次测量时，通过所述激光束获得基准位置图；同时，在以后测量时，通过所述激光束获得光斑投影图，将所述光斑投影图与所述基准位置图进行像素对比，获得钢轨纵向位移数据。
优选地，还包括：数据服务器；其中，
所述数据服务器从所述位移测量装置上获取钢轨纵向位移数据，根据所述钢轨纵向位移数据产生测量报表，并输出超限报警。
优选地，所述定位底座包括识别芯片、定位夹具；其中，
所述识别芯片置于所述定位夹具上，所述定位夹具通过螺母和螺栓固定在钢轨轨底。
优选地，所述位移测量装置包括：图像采集单元、图像处理单元、数据存储单元、身份识别单元、通信单元和定位模组；其中，
所述图像采集单元，用于根据所述激光束获得基准位置图和/或光斑投影图；
所述图像处理单元，用于将所述光斑投影图与所述基准位置图进行像素对比，获得钢轨纵向位移数据；
所述通信单元，用于将所述钢轨纵向位移数据传输至数据服务器；
所述定位模组，用于嵌入所述定位夹具上，将所述位移测量装置固定在第一次测量时的测量点上；
身份识别单元，用于对所述识别芯片进行ID号识别，获得测量位置的ID号；
数据存储单元，用于按照所述测量位置的ID号对应的钢轨纵向位移数据的形式进行数据存储。
优选地，所述位移测量装置还包括：磁铁片；其中，
所述磁铁片设置在所述定位模组上，所述磁铁片用于在定位模组到位后，使得所述位移测量装置吸附在所述定位夹具上。
优选地，所述图像采集单元包括：窄带滤光片、光线调节片、成像幕布和相机；其中，
所述激光源发射的激光束经过所述窄带滤光片、所述光线调节片显示于所述成像幕布，所述相机对所述成像幕布进行拍摄，获得基准位置图和/或光斑投影图。
优选地，所述激光束为650nm红色可见光激光束。
优选地，所述位移测量装置为手持式设备。
上述技术方案具有如下有益效果：
本技术方案通过低发散激光光斑成像，像素点对比测量法解决了现有技术中精度低，受人为操作影响大的缺陷，使测量精度达到0.1mm内。650nm红光激光源发出光束不受时间段影响，图像采集单元的光线自适应功能使得白天和夜间均可在幕布获得清晰明显的光斑投影。通过改变设备架构，将复杂的图像识别和数据存储上传功能集成于位移测量装置，测量完成后直接带回，测量点只安装定位底座和激光源设备，没有电路维护及供电需求，安装后基本不需要进行维护工作，简化安装和维护流程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提出的一种钢轨纵向位移监测系统示意图之一；
图2为本发明提出的一种钢轨纵向位移监测系统示意图之二；
图3为本实施例的钢轨纵向位移测量系统示意图；
图4为本实施例的位移测量装置的功能框图；
图5为本实施例的图像采集单元的功能框图；
图6为本实施例的定位底座的结构示意图；
图7为本实施例的位移测量装置与定位底座的定位模组组合示意图；
图8为本实施例的激光源的功能框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本技术方案的工作原理为：本技术方案涉及一种钢轨纵向位移测量系统，包括位移测量装置、定位底座和数据服务器。定位底座固定于钢轨轨底处，与钢轨位移状态完全一致，记录测量定位点；激光源固定于接触网支柱、防撞墙或其他轨旁固定设施上，用于提供识别激光束。位移测量装置完成采集激光束、图像处理、存储对比测量数据、远程发送测量数据等功能；数据服务器可远程接收测量结果或由手持机直接上传测量结果，对测量数据进行详细分析，得出纵向位移量报表，进行位移超限预警。
基于上述工作原理，本发明提出一种钢轨纵向位移监测系统。如图1所示。包括：位移测量装置101、定位底座102和激光源103；其中，
所述定位底座102固定于钢轨轨底，用于标记测量位置；
所述激光源103固定于钢轨旁固定设施处，用于提供激光束；
所述位移测量装置101，固定在所述定位底座102上，用于在第一次测量时，通过所述激光束获得基准位置图；同时，在以后测量时，通过所述激光束获得光斑投影图，将所述光斑投影图与所述基准位置图进行像素对比，获得钢轨纵向位移数据。
如图2所示，为本发明提出的一种钢轨纵向位移监测系统示意图之二。在图1的基础上，还包括：数据服务器104；其中，
所述数据服务器104从所述位移测量装置101上获取钢轨纵向位移数据，根据所述钢轨纵向位移数据产生测量报表，并输出超限报警。
实施例1
如图3所示，为本实施例的钢轨纵向位移测量系统示意图。包括位移测量装置1、定位底座2、激光源3和数据服务器5。在本实施例中，所述位移测量装置1为便携式手持设备，由工作人员进行测量作业时携带；所述定位底座2通过相应设备固定于钢轨4底部，用于标记测量位置；所述激光源3固定于接触网支柱、防撞墙或其他轨旁固定设施处，提供激光光源；所述数据服务器5从位移测量装置1上接收测量数据，分析得出测量报表，并输出超限报警。更为详细地描述为，所述数据服务器5接收远程测量数据，数据传输方式为加密传输，形成数据报表为只读文件，防止人为操作失误造成数据信息错误，数据分析后得出超限位置预警。
实施例2
如图4所示，为本实施例的位移测量装置的功能框图。所述位移测量装置1包括图像采集单元11、图像处理单元12、数据存储单元13、身份识别单元14、通信单元15、电源单元16和定位模组17。其中，
所述图像采集单元11，用于根据所述激光束获得基准位置图和/或光斑投影图；
所述图像处理单元12，用于将所述光斑投影图与所述基准位置图进行像素对比，获得钢轨纵向位移数据；
所述通信单元15，用于将所述钢轨纵向位移数据传输至数据服务器；对于本实施例来说，所述通信单元采用的通信模式为短消息、GPRS、3G、4G等。
所述定位模组17，用于嵌入所述定位夹具上，将所述位移测量装置固定在第一次测量时的测量点上；
身份识别单元14，用于对定位底座上的识别芯片进行ID号识别，获得测量位置的ID号；
数据存储单元13，用于按照所述测量位置的ID号对应的钢轨纵向位移数据的形式进行数据存储。
电源单元16，用于对位移测量装置提供工作电源。
如图5所示，为本实施例的图像采集单元的功能框图。所述图像采集单元11包括窄带滤光片111、光线调节片112、成像幕布113和相机114。
激光光源3发出波长为650nm的激光经过图像采集单元11中的窄带滤光片111和光线调节片112后显示于成像幕布113，相机114对成像幕布113进行拍摄。安装完毕后第一次拍摄作为基准位置进行存储，后续获得很多测量图像，图像处理单元将测量图像与第一次基准位置图像进行像素点比对，按照公式换算得出光斑位移变化量，即完成像素点对比测量信息，最终获得钢轨位移数据。
所述窄带滤光片111、光线调节片112和成像幕布113也可能集成于同一光学设备。
所述控制单元可采用工作人员无线激活方式触发激光模组输出激光束。
实施例3
如图6所示，为本实施例的定位底座的结构示意图。所述定位底座包括识别芯片21、定位夹具22；其中，
所述识别芯片21置于所述定位夹具22上，所述定位夹具22通过螺母23和螺栓24固定在钢轨轨底。
对于本实施例来说，所述位移测量装置还包括：磁铁片18；其中，
所述磁铁片18设置在所述定位模组17上，所述磁铁片18用于在定位模组17到位后，使得所述位移测量装置1吸附在所述定位夹具22上。
如图7所示，为本实施例的位移测量装置与定位底座的定位模组组合示意图。定位夹具22具有通孔定位槽，不会积攒灰尘杂物，定位槽与位移测量装置1的定位模组17相对应，测量时定位模组17嵌入定位夹具22，使位移测量装置1每次测量位置保持完全一致，提高定位精度。测量前位移测量装置1的身份识别单元14对定位底座2的识别芯片21进行ID号识别，自动记录测量结果，免去人工记录步骤，减少人员操作误差。所述磁贴片18在定位模组17到位后吸附在定位夹具22上，减少位移测量装置1和钢轨4之间的相对位置变化和微小震动。所述强磁贴片18还可存在于位移测量装置1和钢轨4的轨头之间，增加吸附效果。
实施例4
如图8所示，为本实施例的激光源的功能框图。激光源3包括激光模组31、电源单元32和控制单元33，安装于轨旁固定设施处。所述电源单元32不包括电池，电池由测量工作人员携带，相应定位点进行位移测量时打开激光源设备外壳，将电池连接至电源单元32接口，在控制单元33操作下电源单元32向激光模组31供电，使之发出波长为650nm红色可见光激光束。
对于本实施例来说，所述激光模组提供激光光源，所述电源单元配有对接插头，电池由工作人员携带，连接相应电源单元通过控制单元实现快速开机，输出激光束，测量完毕后拔出电池用于下一个测量点，实现免维护长期使用。所述电池包括干电池、镍氢电池、锂电池等多种形式。所述控制单元可采用工作人员无线激活方式触发激光模组输出激光束。所述激光源与环境光源差异明显，各路段根据天窗点随时进行测量，精度不受时间段影响。
在固定好定位底座2后，将手持机1放置于定位夹具22上，调整激光束，使之照射至图像采集单元11的有效位置，固定好相应激光模组31。所述激光模组31发出四束激光至相应上下行钢轨分别调整好照射角度后表示该测量点安装完成，只需对激光源3进行供电后可分别对四根钢轨进行位移测量，简化安装和测量流程，测量完成后带回手持机1，测量点只安装定位底座2和激光源3，没有供电设备，基本无需定期维护。
本技术方案测量精度高，数据安全有效。像素点对比测量法提高测量精度，误差在0.1mm内。信息传输采用加密传输，数据服务器生成测量报表为只读模式，排除误操作因素，保证数据有效性。测量方式不受时间段影响，可24小时获取数据。激光光斑成像不受时间段影响，天窗点内随时完成快速测量。图像采集单元具备有效滤波功能，根据环境光线自适应拍摄。简化安装和维护流程。测量点只安装机械定位和定点激光源设备，没有电路维护及供电需求，安装后基本不需要维护。图像的采集处理，位移数据计算存储和上传都由手持机完成，该设备为手持便携式，测量完成后直接带回，无需安装于测量现场。
以上具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。