一种铁路轨旁设施扫描装置技术领域
本发明涉及轨道检测领域，尤其涉及一种铁路轨旁设施扫描装置。
背景技术
轨道是由泥土、岩石、钢材、木材、混凝土等多种材料组成的，它有别于房屋、桥梁等
建筑物，是一种较为松散的建筑结构形式。在列车和各种外力作用下，容许存在一定的弹性
和塑性变形。在使用过程中轨道结构的状态不断变化，产生各种轨道不平顺。伴随列车的不
间断运行，轨道不平顺不可避免。列车车轮在轨道上周而复始的作用，其轮轨作用力使轨道
不平顺不断发生、发展恶化。各种轨道不平顺对列车运行平稳性、乘坐舒适性、运行安全性、
轮轨作用力、车辆和轨道部件的使用寿命、轨道状态的恶化速度均有较大影响。轨道不平顺
的变化也会造成列车车辆运行部件的伤损加剧和使用寿命的减少，严重的轨道不平顺会引起
列车颠覆或脱轨。轨道状态与列车运行的相互作用关系，直接关系铁路运输安全效益，所以
必须高度重视。
随着铁路的连年提速，铁路巡道工可以有效工作的无车时间越来越短，原有的人工拉线
检测方法已经不能适应公务检测要求，便携式轨道检测车能够大幅度提高铁路巡道工的检测
效率，减轻巡道工的劳动强度，使用便携式轨道检测车进行线路日常检测是工务检测的必然
趋势。
轨道参数检测分为动态检测和静态检测，动态检测是在对检测线路在机车车辆运行中的
动力作用下发生的弹性形变和永久形变进行检测，其主要检测设备是高速轨检车，但高速轨
检车价格昂贵，难以推广至工务段使用；静态检测是用轨道检查仪或人工方法检测线路铁轨
的轨向、高低、轨距等几何参数。人工检测手段是由有经验的工人采用人工拉弦法进行轨向
测量，使用轨道尺检测轨向和轨距。因人工检查存在速度慢，不可靠等诸多问题，在今年已
开始研究检测速度快、使用简便的轨道检测仪以代替人工检查。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为提供一种结构简单，操作简便，
效率高，数据类型丰富，缩短工作时间的铁路轨旁设施扫描装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
一种铁路轨旁设施扫描装置，包括激光雷达扫描装置1、取景相机2、桅杆支架3、电池
供电系统4、横梁5、轨道轮6、可拆卸边支撑7、行程编码器8、千兆网络系统控制器9、嵌
入式控制器10、工控机11、倾角传感器12，所述轨道轮6有两组，所述可拆卸边支撑7有
两个，每组所述轨道轮6安装在一个所述可拆卸边支撑7上，所述可拆卸边支撑7安装在横
梁5的两边，所述横梁5的中间安装所述桅杆支架3，在所述桅杆支架3上安装所述激光雷
达扫描装置1，在所述激光雷达扫描装置1的侧面安装三个互相垂直的所述取景相机2，所述
倾角传感器12安装在所述桅杆支架3的正下方，在所述横梁5的两侧分别安装所述工控机
11和所述电池供电系统4，在所述工控机11的侧面安装所述嵌入式控制器10和所述千兆网
络系统控制器9，所述行程编码器8安装在所述可拆卸边支撑7上。
进一步的，所述激光雷达扫描装置1扫描铁路轨旁设施在当前里程的断面信息。
进一步的，所述激光雷达扫描装置1测量的是整个空间的断面数据。
进一步的，所述取景相机2对当前里程的上方和左右两侧进行拍照，三个所述取景相机
2相互垂直，使得三张照片可以拼接，所述取景相机2覆盖的视野中心与所述激光雷达扫描
装置1的扫描线中心重合。
进一步的，所述桅杆支架3使得所述激光雷达扫描装置1和所述取景相机2的空间图像
和断面信息相互对应。
进一步的，所述电池供电系统4是整机的电源供给部分。
进一步的，所述横梁5是跨在轨道两端的支撑结构，整机以及其他设备均能安装在所述
横梁5的上面。
进一步的，所述轨道轮6的侧面有一凸起14。
进一步的，所述行程编码器8是记录里程的装置，给装置提供测量信号。
进一步的，所述嵌入式控制器10采用的是arm-m3的控制器，它是装置对外部设备和电
源系统的中间控制器，分担所述工控机11的倾角数据和编码信号的处理任务。
进一步的，所述千兆网络控制器9是仪器数据传输的控制器，使数据准确快速的传输给
工控机11。
进一步的，所述工控机11采用的是intelcorei7的控制器，它是装置的数据记录和处
理核心。
进一步的，所述倾角传感器12与横梁5横向和纵向对正安装，准确测量前后俯仰角度和
左右倾斜角度，所述倾角传感器12是记录装置在轨道上运动姿态的传感器，对后期数据进行
处理和空间位置的补偿。
进一步的，所述行程编码器8安装在一个可拆卸边支撑7的活动轴上，行程编码器轮子
13紧靠所述轨道轮6，使行程编码器轮子13不受轨道的直接磨损，测距结果更加精准。
一种铁路轨旁设施扫描装置的操作方法，包括如下步骤：
(1)将设备运抵测量现场后将横梁5、可拆卸边支撑7进行组装，保证两边轨道轮6的
凸起14准确卡在轨道内侧，保证设备可以在轨道上稳定行走；
(2)安装其余部分，并依次连接设备的通信线路和电源线路；
(3)接通电源开关启动工控机11，运行测量程序；
(4)测量程序在操作人员的指令下，利用行程编码器8发出的脉冲获得当前设备的移动
距离，在预设距离的位置上进行雷达数据、图像数据、倾角数据等数据的同步采集和存储。
(5)记录数据并导入数据后，在处理程序中，利用导高拉出值、三维图像分割等算法将
最终数据提取出来，生成图表进行展示。在生成图表之外还可以将三维数据显示在三维演示
环游界面中，操作人员可以在此界面中对现场的场景进行浏览。
本发明的有益效果：
(1)本发明具有对铁路轨旁设施3D建模、场景环游、设备几何数据导出等功能。让技
术人员可以在扫描现场后不用再去现场，后期利用扫描数据再现的场景对轨旁设施进行浏览
以及做出相关的决策。
(2)本发明实现了对轨旁建筑结构设施的几何尺寸测量，包括支柱、吊柱、硬横梁、
隧道、声屏障等轨旁设施。通过数据分析，获得支柱和吊柱的斜率、侧面限界、隧道断面等
信息，并给出是否有侵入建筑限界的风险判断。
(3)本发明结构简单，操作方便，系统的硬件平台和软件处理平台均采用模块化设计，
实现了对跨距和钢轨超高倾角的测量。
(4)本发明利用计算机视觉及图像融合的技术手段，对铁路轨旁设施信息进行采集和
分析，缩短了工作时间，提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明的示意图。
图2为本发明的正视图。
图3为本发明的侧视图。
图4为本发明的俯视图。
图5为本发明的原理示意图。
图中：1-激光雷达扫描装置，2-取景相机，3-桅杆支架，4-电池和供电系统，5-横梁，
6-轨道轮，7-可拆卸边支撑，8-行程编码器，9-千兆网络系统控制器，10-嵌入式控制器，11-
工控机，12-倾角传感器，13-行程编码器轮子，14-凸起。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明不限于所给出的实施例：
一种铁路轨旁设施扫描装置，包括激光雷达扫描装置1、取景相机2、桅杆支架3、电池
供电系统4、横梁5、轨道轮6、可拆卸边支撑7、行程编码器8、千兆网络系统控制器9、嵌
入式控制器10、工控机11、倾角传感器12，轨道轮6有两组，可拆卸边支撑7有两个，每
组轨道轮6安装在一个可拆卸边支撑7上，可拆卸边支撑7安装在横梁5的两边，横梁5的
中间安装桅杆支架3，在桅杆支架3上安装激光雷达扫描装置1，在激光雷达扫描装置1的侧
面安装三个互相垂直的取景相机2，倾角传感器12安装在桅杆支架3的正下方，在横梁5的
两侧分别安装工控机11和电池供电系统4，在工控机11的侧面安装嵌入式控制器10和千兆
网络系统控制器9，行程编码器8安装在可拆卸边支撑7上。
激光雷达扫描装置1扫描铁路轨旁设施在当前里程的断面信息，取景相机2对当前里程
的上方和左右两侧进行拍照，三个取景相机2相互垂直，保证三张照片可以拼接，取景相机
2覆盖的视野中心与激光雷达扫描装置1的扫描线中心重合；激光雷达扫描装置1测量的是
整个空间的断面数据。桅杆支架3使得激光雷达扫描装置1和取景相机2的空间图像和断面
信息相互对应。
横梁5是跨在轨道两端的支撑结构，整机以及其他设备均能安装在横梁5的上面，轨道
轮6的侧面有一凸起14，防止装置从轨道上掉落。
行程编码器8安装在一个可拆卸边支撑7的活动轴上，行程编码器轮子13紧靠轨道轮5，
使行程编码器轮子13不受轨道的直接磨损，使测距结果更加精准，它是记录里程的装置，用
以给装置提供测量信号，嵌入式控制器10是装置对外部设备和电源系统的中间控制器，分担
工控机11的倾角数据和编码信号的处理任务。
千兆网络控制器9是仪器数据传输的控制器，使数据可以准确快速的传输给工控机11，
工控机11是装置的数据记录和处理核心。
倾角传感器12与横梁5横向和纵向对正安装，保证前后俯仰测量角度和左右倾斜测量角
度的准确性，倾角传感器12是记录装置在轨道上运动姿态的传感器，用来进行后期数据的处
理和空间位置的补偿。
一种铁路轨旁设施扫描装置的操作方法，包括如下步骤：
(1)将设备运抵测量现场后将横梁5、可拆卸边支撑7进行组装，保证两边轨道轮6的
凸起14准确卡在轨道内侧，保证设备可以在轨道上稳定行走；
(2)安装其余部分，并依次连接设备的通信线路和电源线路；
(3)接通电源开关启动工控机11，运行测量程序；
(4)测量程序在操作人员的指令下，利用行程编码器8发出的脉冲获得当前设备的移动
距离，在预设距离的位置上进行雷达数据、图像数据、倾角数据等数据的同步采集和存储。
(5)记录数据并导入数据后，在处理程序中，利用导高拉出值、三维图像分割等算法将
最终数据提取出来，生成图表进行展示。在生成图表之外还可以将三维数据显示在三维演示
环游界面中，操作人员可以在此界面中对现场的场景进行浏览。
本发明的原理如下：
现场扫描：倾角传感器12记录装置在轨道上的运动姿态，行程编码器8记录里程，温度
计测量当时环境温度，将三者记录的数据传输到嵌入式控制器10中，嵌入式控制器10是装
置对外部设备和电源系统的中间控制器，分担工控机11的倾角数据和编码信号的处理任务，
工控机11是装置的数据记录和处理核心，取景相机2对当前里程上方和左右两侧进行拍照，
激光雷达扫描装置1扫描铁路轨旁设施在当前里程的断面信息，将所得的空间图像和断面信
息传输到工控机11中，再经过无线节点将数据传输到操作终端上。
后期数据处理：操作终端与后期数据处理平台进行数据传输，最后经过数据处理平台对
数据进行分析，技术人员可以在扫描现场后不用再去现场，后期利用扫描数据再现的场景对
铁路轨旁设施进行浏览。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原
则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。