CN115406356B - 一种钢轨波磨测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及视觉测量以及图像检测技术领域，提供一种钢轨波磨测量方法，包括以下步骤：将多个激光器沿着钢轨的长度方向依次安装在测量平台上，测量平台固定在营运列车或测量车的车体上，多个激光器向钢轨发射多条平行的激光线，激光线与钢轨的长度方向垂直；车体在钢轨上运行的过程中，连续拍摄钢轨上的多条激光线，获得多张钢轨图像，相邻的每两张钢轨图像的钢轨有重叠区域，重叠区域包括4条以上激光线，每条激光线对应一个钢轨同位点；计算出重叠区域的多个钢轨同位点的钢轨上表面到钢轨基准面的距离；将多个重叠区域的多个钢轨同位点的钢轨上表面到钢轨基准面的距离拼接，得到波磨实测值。本方案测量波磨数据精确度高。

Description

一种钢轨波磨测量方法

技术领域

本发明涉及视觉测量以及图像检测技术领域，特别是涉及一种钢轨波磨测量方法。

背景技术

钢轨波浪形磨耗是指线路在投入运营使用后，在钢轨的接触表面沿着纵向分布，出现周期性的类似于波浪形的非均匀不平顺现象，如图1所示。目前已成为钢轨损伤的一种主要形式，人们称其为“波磨”。如图2所示，波长和波深是波磨的两个属性参数。

这种波浪形磨耗形成之后，会导致行驶的车辆在通过波磨地段时，轮对、转向架及其整个车体都会发生剧烈的振动，此类振动不仅影响车辆的舒适性，同时极大地缩短了车辆轨道结构零部件的使用寿命，增加维修费用；如果钢轨波磨严重，车辆通过时容易产生较大的冲击力，可能引起列车减载脱轨、车轴断裂等行车安全事故；另外波磨还容易引起噪声污染，相应地也带来了新的环境问题。

现有的车载波磨检测方法多采用弦测法进行测量。《基于弦测法原理的波磨检测小车的设计与实现》公开了三点等弦测量法，如图3所示，分别在A、B、C三点轴箱处安装位移传感器，且弦AB作为测量的基准线，O点为弦AB的中点，正矢OC的大小值作为轨道不平顺的测量值，简称弦测值。

但是，上述的弦测法，弦测法测量波磨的过程中，由于不知道测量平台、钢轨的绝对高度和波磨的波长，也不知道传递函数的数值，通过传递函数，会导致最终得到了不准确的磨耗值，这项技术存在原理上的先天缺陷。并且，弦测法还存在测量幅值增益问题，目前主要通过对测量弦对的结构进行设计，以消除弦测量幅值增益为0的点，并且使用逆滤波对整个幅值增益系数进行修正，来还原钢轨表面波形，这种逆滤波方案得到的测量波形是一种以弦测值作为输入变量，以钢轨表面波形作为输出变量的间接测量系统，该测量系统受输入数据的完整性影响较大，如测量数据中不能包含完整的波形区域，则还原出来的钢轨表面波形会存在较大的偏差。

因此，亟需开发一种波磨测量方法，提高波磨测量的检测精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种波磨测量方法，目的是提高波磨测量的检测精度。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种波磨测量方法，包括以下步骤：

将多个激光器沿着钢轨的长度方向依次安装在测量平台上，测量平台固定在营运列车或测量车的车体上，多个激光器向钢轨发射多条平行的激光线，激光线与钢轨的长度方向垂直；

车体在钢轨上运行的过程中，连续拍摄钢轨上的多条激光线，获得多张钢轨图像，相邻的每两张钢轨图像的钢轨有重叠区域，重叠区域包括4条以上激光线，每条激光线对应一个钢轨同位点；

计算出重叠区域的多个钢轨同位点的钢轨上表面到钢轨基准面的距离；

将多个重叠区域的多个钢轨同位点的钢轨上表面到钢轨基准面的距离拼接，得到波磨实测值。

根据本发明一示例实施方式，车体在钢轨上运行之前，先标定所有激光线；

所述标定所有激光线的方法包括：

每次打开一个激光器，标定打开的激光器与相机的三角成像关系，得到k组三角成像关系，k表示激光器的数量。

优选地，激光器的数量为40-60个。

根据本发明一示例实施方式，所述车体的速度为20-80km/h。

根据本发明一示例实施方式，连续两张钢轨图像的拍摄时间间隔为0.006-0.03秒（33-150fps）。FPS是图像领域中的定义，是指画面每秒传输帧数，通俗来讲就是指动画或视频的画面数。FPS是测量用于保存、显示动态视频的信息数量。每秒钟帧数越多，所显示的动作就会越流畅。fps中的f就是英文单词Frame（画面、帧），p就是Per（每），s就是Second（秒）。用中文表达就是多少帧每秒，或每秒多少帧。

根据本发明一示例实施方式，多条平行的激光线等间隔设置。

根据本发明一示例实施方式，每两条相邻的激光线的距离为5毫米以下。

根据本发明一示例实施方式，所述计算出重叠区域的多个钢轨同位点的钢轨上表面到钢轨基准面的距离的方法包括：

测量平台上设一代表点，设定一钢轨基准面，该钢轨基准面水平设置；

提取前一张钢轨图像的重叠区域的多条激光线和后一张钢轨图像的重叠区域的多条激光线；

找到钢轨上表面中线与多条激光线的交点，获得交点与对应激光器的距离；

联立4个以上重叠区域钢轨同位点方程，计算出前一张钢轨图像的测量平台的倾斜角度和代表点到钢轨基准面的距离、后一张钢轨图像的测量平台的倾斜角度和代表点到钢轨基准面的距离；

根据前一张钢轨图像的测量平台的倾斜角度和代表点到钢轨基准面的距离或后一张钢轨图像的测量平台的倾斜角度和代表点到钢轨基准面的距离获得重叠区域钢轨同位点的钢轨上表面到钢轨基准面的距离。

根据本发明一示例实施方式，所述提取前一张钢轨图像的重叠区域的多条激光线和后一张钢轨图像的重叠区域的多条激光线的方法包括：

根据灰度分布区域信息，提取前一张和后一张钢轨图像的重叠区域的多条激光线的轮廓；

提取每一条激光线的轮廓的中心线。

根据本发明一示例实施方式，所述通过三角测量获得对应交点与对应激光器的距离的方法包括：

通过三角测量根据钢轨图像获得对应交点在相机坐标系下的测量坐标；

根据世界坐标系与相机坐标系的旋转关系，得到测量坐标在世界坐标系的位置，进而得到对应交点与对应激光器的距离；

所述世界坐标系与相机坐标系的旋转关系已标定，相机在世界坐标系和相机坐标系中均位于原点，世界坐标系包括X轴，相机和激光器均在该X轴上；相机设置在多个激光器的连线上。

根据本发明一示例实施方式，所述代表点设置在测量平台的下表面的中点。

根据本发明一示例实施方式，钢轨同位点方程为：

；

其中，h1表示前一张钢轨图像代表点到钢轨基准面的距离，h2表示后一张钢轨图像代表点到钢轨基准面的距离，l_n表示前一张图像激光器到代表点的距离，l_m表示后一张图像激光器到代表点的距离，θ1表示前一张图像测量平台的倾斜角度，θ2表示后一张图像测量平台的倾斜角度，

表示前一张图像激光器到交点的距离，

表示后一张图像激光器到交点的距离，n、m为大于0的自然数。

根据本发明一示例实施方式，所述根据前一张钢轨图像的测量平台的倾斜角度和代表点到钢轨基准面的距离或后一张钢轨图像的测量平台的倾斜角度和代表点到钢轨基准面的距离获得重叠区域钢轨同位点的钢轨上表面到钢轨基准面的距离的方法采用如下公式：

；或

；

其中，

表示前一张钢轨图像重叠区域钢轨同位点的钢轨上表面到钢轨基准面的距离；h1表示前一张钢轨图像代表点到钢轨基准面的距离；l_n表示前一张图像激光器到代表点的距离；θ1表示前一张图像测量平台的倾斜角度；

表示前一张图像激光器到交点的距离；n为大于0的自然数；

表示后一张钢轨图像重叠区域钢轨同位点的钢轨上表面到钢轨基准面的距离；h2表示后一张钢轨图像代表点到钢轨基准面的距离；l_m表示后一张图像激光器到代表点的距离；θ2表示后一张图像测量平台的倾斜角度；

表示后一张图像激光器到交点的距离，m为大于0的自然数。

本发明的有益效果是：

本方案每一张钢轨图像采集多条激光线的波磨测量数据，通过相邻两张钢轨图像的重叠区域，计算出测量平台的倾斜角度和代表点到钢轨基准面的距离，进而计算出波磨数据，大幅降低高速作业中对相机设备采样频率的需求，能够覆盖测量钢轨以及钢轨偏移区域，避免车体晃动带来的视场偏差，测量方法通过直接测量拼接得到，测量过程不存在弦测法中使用的传递函数，测量精确度高。

附图说明

图1示意性示出了钢轨波磨现象的示意图。

图2示意性示出了波磨的结构图。

图3示意性示出了三等弦测法的测量示意图。

图4示意性示出了波磨测量系统的结构图。

图5示意性示出了第一个实施方式的钢轨波磨测量方法的步骤图。

图6示意性示出了相机拍摄的钢轨图像的示意图。

图7示意性示出了激光线轮廓的中心线的示意图。

图8示意性示出了相机坐标系的示意图。

图9示意性示出了世界坐标系的示意图。

图10示意性示出了激光线和钢轨基准面的关系图。

图11示意性示出了测量平台和钢轨基准面的关系图。

图12示意性示出了放大后的交点到激光器的关系图。

图13示意性示出了第二个实施方式的钢轨波磨测量方法的步骤图。

其中，1—测量平台，2—激光器，21—激光线，211—激光线的轮廓的中心线，3—连接结构，4—相机，5—控制装置，6—钢轨，O—代表点，h1—前一张钢轨图像的测量平台的代表点到钢轨基准面的距离，x1、x2、...、xn—激光器与钢轨轨道中线的交点，y1、y2、...、yn—钢轨上表面至钢轨基准面的距离，d1、d2、...、dn—激光器到钢轨轨道中线上的点的距离，θ1—前一张钢轨图像测量平台的倾斜角度，p1—代表点O在钢轨轨道上的一投影，l_n—激光器与代表点的距离。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

作为本发明的第一个实施方式，提供一种钢轨波磨测量方法，采用如图4所示的波磨测量系统，波磨测量系统包括：测量平台1、多个激光器2、相机4、连接结构3和控制装置5。

测量平台1位于钢轨6的上方，固定在营运列车或波磨测量车的车体上，使得测量平台1随着车体沿钢轨6的长度方向（车体的运行方向）运动。如图8和图9所示，测量平台1上设有一代表点O，优选地，代表点O位于测量平台1的下表面的中点。

多个激光器2固定在测量平台1上，具体为固定在测量平台1的下表面，使得激光器2的激光能够发射到钢轨6上。多个激光器2沿着钢轨6的长度方向依次排列，如图4所示，当测量平台1水平放置时，多个激光器2竖直地向钢轨6发射多条相互平行的激光线21，图4中竖直的虚线表示激光器2竖直地向钢轨6发射激光线，如图6所示，发射在钢轨6上的激光线21与钢轨6的长度方向垂直，位于钢轨6上的激光线21相互平行。进行测量时，如果测量平台1倾斜，则激光器2也倾斜相应角度，激光器2发射角度倾斜相应角度，但是发射到钢轨6上的激光线21仍相互平行且仍与钢轨6的长度方向垂直。多个激光器2等间隔设置，每两个激光器2的最大间距为5毫米。激光器2的数量优选为40-60个，使得相机4拍摄的钢轨6存在重叠区域。激光器2的数量多，可以使得相机4拍摄的频率降低，降低采样率可以减少成本。

相机4用于拍摄钢轨6上的多条激光线21，如图3所示，图3为相机4拍摄的钢轨6上的激光线21的图像。优选地，相机4位于测量平台1沿着钢轨6的长度方向（车体的运行方向）的前方或后方，使得相机4能够尽可能地拍摄足够多数量的激光线21。相机4设置在多个激光器2的连线上。优选地，相机4拍摄范围包括所有激光线21。

连接结构3固定连接相机4与测量平台1，使得相机4与测量平台1的相对位置得到固定。

控制装置5与相机4通讯地连接，用于获取相机4拍摄的钢轨图像并计算出波磨数据。

该钢轨波磨测量方法如图5所示，包括以下步骤：

S1：将多个激光器2沿着钢轨6的长度方向（车体运行方向）依次安装在测量平台1上，测量平台1固定在营运列车或测量车的车体上，如图6所示，多个激光器2向钢轨6发射多条平行的激光线21，激光线21与钢轨6的长度方向垂直。

激光器2的数量优选为40-60个，发射的激光线21的数量与激光器2的数量相同。多条平行的激光线21等间隔设置，每两条相邻的激光线的距离为5毫米以下。

测量平台1优选地固定在营运列车或测量车的车体的下方。

营运列车优选为火车，速度为20-80km/h。

测量车优选为手推车或电动测量车。

S2：车体在钢轨6上运行的过程中，连续拍摄钢轨6上的多条激光线，获得多张钢轨图像，相邻的每两张钢轨图像的钢轨6有重叠区域，重叠区域包括4条以上激光线21，每条激光线21对应一个钢轨同位点。

采用相机4拍摄钢轨6上的钢轨图像。相机4可基于车辆（车体）运行速度动态调整拍摄帧率，连续拍摄两张钢轨图像的时间间隔为0.006-0.03秒（33-150fps），确保连续2次拍摄的钢轨图像存在重叠区域，重叠区域存在多个钢轨同位点，经过计算，钢轨同位点在两张钢轨图像中均有线激光21照射。求解的未知数为4个，相同钢轨点位的数量为4个以上。FPS是图像领域中的定义，是指画面每秒传输帧数，通俗来讲就是指动画或视频的画面数。FPS是测量用于保存、显示动态视频的信息数量。每秒钟帧数越多，所显示的动作就会越流畅。fps中的f就是英文单词Frame（画面、帧），p就是Per（每），s就是Second（秒）。用中文表达就是多少帧每秒，或每秒多少帧。

根据车体的里程、车体的速度、相机4的采样频率、拍摄间隔，可使得每个钢轨同位点均有激光线21照射。

因为需要求解前后两张钢轨图像的四个未知数，因此需要至少四个钢轨同位点联立四个方程求解出未知数。

S3：计算出重叠区域的多个钢轨同位点的钢轨6上表面到钢轨基准面的距离。

计算出重叠区域的多个钢轨同位点的钢轨6上表面到钢轨基准面的距离的方法包括：

S301：测量平台1上设一代表点O，代表点O设置在测量平台1的下表面的中点。设定一钢轨基准面，该钢轨基准面水平设置，优选地，钢轨基准面高于钢轨6的底面且低于钢轨6的上表面。

S302：提取前一张钢轨图像的重叠区域的多条激光线21和后一张钢轨图像的重叠区域的多条激光线21。

由于拍摄到的激光线21较粗，需要提取激光线21的轮廓的中心线（如图7所示），因此提取前一张钢轨图像的重叠区域的多条激光线和后一张钢轨图像的重叠区域的多条激光线的方法包括：

根据灰度分布区域信息，提取前一张和后一张钢轨图像的重叠区域的多条激光线21的轮廓；得获多条激光线21的轮廓的图像坐标；

提取每一条激光线21的轮廓的中心线211。

S303：找到钢轨6上表面中线与多条激光线21的交点，获得交点与对应激光器2的距离；钢轨6轨道中线为沿着钢轨6长度方向延伸的中线。

钢轨6上表面中线与多条激光线21的交点优选钢轨6上表面中线与多条激光线21的轮廓的中心线211的交点，该交点的数量与激光线21的数量相同。

获得交点与对应激光器2的距离的方法包括：激光三角测量法或采用距离传感器测量的方法。

所述激光三角测量法包括：

根据钢轨图像通过三角测量获得交点在相机坐标系下的测量坐标；如图8所示，相机坐标系包括相互垂直的x轴、y轴、z轴，相机4与一条激光可构成个激光三角测量系统，相机4在相机坐标系中位于原点，根据三角测量的方法可得到交点的在相机坐标系下的测量坐标；

根据世界坐标系与相机坐标系的旋转关系，得到测量坐标在世界坐标系的位置，进而得到交点与对应激光器的距离；相机4在世界坐标系中位于原点；相机4与测量平台1通过连接结构3固定连接，其之间的位置关系固定， 世界坐标系与相机坐标系的旋转关系已标定，如图9所示，世界坐标系包括相互垂直的X轴、Y轴、Z轴，相机4和多个激光器2均在该X轴上；交点的测量坐标到X轴的距离，也就是交点的测量坐标与对应激光器2的距离，即d1、d2、...、dn表示激光器2到（激光线21与钢轨6轨道中线的）交点的距离。如图12所示，图12是放大后的交点到激光器2的关系图，由图12可以看到，由于激光器2固定在测量平台1上，当测量平台1倾斜时，激光器2倾斜相同角度，沿着dn方向向钢轨6发射激光线，激光器2、相机4均在X轴上，交点与对应激光器2的距离也就是交点与X轴的距离。

所述采用距离传感器测量的方法包括：在激光器附近设置电涡流传感器测量到钢轨6中线上的交点的距离。

S304：联立4个以上重叠区域钢轨同位点方程，计算出前一张钢轨图像的测量平台1的倾斜角度θ1和代表点O到钢轨基准面的距离、后一张钢轨图像的测量平台1的倾斜角度θ2和代表点O到钢轨基准面的距离。

S304中，如图10和图11所示，为了更加清楚地显示计算过程，图10和图11夸大了波磨的幅度。图10和图11最上方倾斜的横线代表测量平台1，测量平台1上的激光器2向钢轨6发射多条激光线21。

p1为代表点O在钢轨6轨道上的投影，表示测量平台1在轨道行进方向的位置。在波磨测量系统运动到位置p1时，拍摄一张钢轨图像。如图10所示，d1、d2、...、dn表示激光器2到（激光线21与钢轨6轨道中线的）交点的距离，激光器2到交点的距离通过相机4计算得到，为观测值。钢轨6轨道中线为沿着钢轨6长度方向延伸的中线。x1、x2、...、xn表示激光线21与钢轨6轨道中线的交点，即各钢轨同位点。y1、y2、...、yn表示钢轨6上表面至钢轨基准面的距离。n表示激光器2的数量，但是计算时只计算前后两张钢轨图像重叠区域的dn值，为了加以区分，前一张钢轨图像的dn值用

表示，后一张钢轨图像的dn值用

表示。h1表示前一张钢轨图像的测量平台1的代表点O到钢轨基准面的距离。由图9的代表点O所在的平面与钢轨基准面平行可以看出测量平台1的倾斜角度为θ1，θ1表示前一张钢轨图像测量平台1的倾斜角度。

由于各激光器2均在测量平台1上，倾角均相同，可得到各激光器2与钢轨基准面的距离公式为：

；

其中，

表示激光器2与钢轨基准面的距离，l_n表示激光器与代表点O的距离，h1表示代表点O与钢轨基准面的距离，θ1表示测量平台1的倾斜角度，n为自然数。

同时，根据图12的关系，激光器2与钢轨基准面的距离还得到如下公式：

；

根据公式换算，得到激光器2到交点的距离公式如下：

；

因为

远远大于

，因此分别取

的泰勒一阶展开，即

；

因此，

；

其中，

表示激光器2到交点（钢轨同位点）的距离，

表示激光器2与钢轨基准面的距离，

表示钢轨同位点钢轨6上表面至钢轨基准面的距离，n为自然数。

p2为代表点O在钢轨轨道上的下一位置的投影，表示测量平台1在轨道行进方向的位置。

同理，在波磨测量系统运动到下一位置p2时，拍摄一张钢轨图像（即为后一张钢轨图像），前一张钢轨图像和后一张钢轨图像部分区域重叠，得到激光器2到交点的距离公式如下：

；

其中，

表示激光器2到交点（钢轨同位点）的距离，

表示激光器2与钢轨基准面的距离，

表示钢轨同位点钢轨6上表面至钢轨基准面的距离，m为自然数。h2表示后一张钢轨图像的测量平台1的代表点O到钢轨基准面的距离；θ2表示后一张钢轨图像测量平台1的倾斜角度。

根据列车运动状态及采集的里程数据，可找到波磨测量系统在运动到p1和p2位置时重叠区域。重叠区域上有多个相同钢轨点位，每个点位的钢轨6上表面至钢轨基准面的距离相等，得到如下公式：

；

其中，

表示钢轨同位点钢轨6上表面至钢轨基准面的距离，

表示钢轨同位点钢轨6上表面至钢轨基准面的距离，

与

对应相同钢轨点位。

代入上述的方程组，得到钢轨同位点方程为：

；

其中，h1表示前一张钢轨图像代表点O到钢轨基准面的距离，h2表示后一张钢轨图像代表点O到钢轨基准面的距离，l_n表示前一张图像激光器2到代表点O的距离，l_m表示后一张图像激光器2到代表点O的距离，θ1表示前一张图像测量平台1的倾斜角度，θ2表示后一张图像测量平台1的倾斜角度，

表示前一张图像激光器2到交点（钢轨同位点）的距离，

表示后一张图像激光器2到交点（钢轨同位点）的距离，n、m为大于0的自然数。

S305：根据前一张钢轨图像的测量平台1的倾斜角度θ1和代表点O到钢轨基准面的距离或后一张钢轨图像的测量平台1的倾斜角度θ2和代表点O到钢轨基准面的距离获得重叠区域钢轨同位点的钢轨6上表面到钢轨基准面的距离。

S305中，根据前一张钢轨图像的测量平台1的倾斜角度θ1和代表点O到钢轨基准面的距离或后一张钢轨图像的测量平台1的倾斜角度θ2和代表点O到钢轨基准面的距离获得重叠区域钢轨同位点的钢轨6上表面到钢轨基准面的距离的方法采用如下公式：

；或

；

其中，

表示前一张钢轨图像重叠区域钢轨同位点的钢轨6上表面到钢轨基准面的距离；h1表示前一张钢轨图像代表点O到钢轨基准面的距离；l_n表示前一张图像激光器2到代表点O的距离；θ1表示前一张图像测量平台1的倾斜角度；

表示前一张图像激光器2到交点（钢轨同位点）的距离；n为大于0的自然数；

表示后一张钢轨图像重叠区域钢轨同位点的钢轨6上表面到钢轨基准面的距离；h2表示后一张钢轨图像代表点O到钢轨基准面的距离；l_m表示后一张图像激光器2到代表点O的距离；θ2表示后一张图像测量平台1的倾斜角度；

表示后一张图像激光器2到交点（钢轨同位点）的距离，m为大于0的自然数。

S4：将多个重叠区域的多个钢轨同位点的钢轨6上表面到钢轨基准面的距离拼接，得到波磨实测值。

本方案完全抛开弦测法，通过实测值直接拼接出波磨数据。一次采集多条激光线21的波磨测量数据，大幅降低高速作业中对设备采样频率的需求，完成既有高速运行列车车载波磨采样工作。通过多组线激光器2加相机4的方式进行波磨采集，降低高速波磨系统整体成本。采用二维线激光测量，结合镜头选型，能够覆盖测量钢轨以及钢轨偏移区域，避免车体晃动带来的视场偏差的现象发生。基于实际安装结构位置，可以任意组合激光器阵列的长度，以符合车辆限界需求。并且，通过直接测量一定长度内多个波磨测点，并将相邻两帧数据进行拼接融合得到最终波磨数据，不存在弦测法中传递函数导致的误差，进而得到精确的波磨测量数据。

作为本发明的第二个实施方式，提供一种钢轨波磨测量方法，该方法与第一个实施方式的方法基本相同，不同的地方在于，如图13所示，还包括：

S0：车体在钢轨6上运行之前，先标定所有激光线21。

标定所有激光线21的方法包括：

每次打开一个激光器2，标定打开的激光器2与相机4的三角成像关系，得到k组三角成像关系，k表示激光器2的数量。

并且，S302还包括S302中，得到图像坐标后，依次将提取的图像坐标与标定得到的数据关系进行关联。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (7)

1.一种钢轨波磨测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

将多个激光器沿着钢轨的长度方向依次安装在测量平台上，测量平台固定在营运列车或测量车的车体上，多个激光器向钢轨发射多条平行的激光线，激光线与钢轨的长度方向垂直；

车体在钢轨上运行的过程中，连续拍摄钢轨上的多条激光线，获得多张钢轨图像，相邻的每两张钢轨图像的钢轨有重叠区域，重叠区域包括4条以上激光线，每条激光线对应一个钢轨同位点；

计算出重叠区域的多个钢轨同位点的钢轨上表面到钢轨基准面的距离；所述计算出重叠区域的多个钢轨同位点的钢轨上表面到钢轨基准面的距离的方法包括：测量平台上设一代表点，设定一钢轨基准面，该钢轨基准面水平设置；提取前一张钢轨图像的重叠区域的多条激光线和后一张钢轨图像的重叠区域的多条激光线；找到钢轨上表面中线与多条激光线的交点，获得交点与对应激光器的距离；联立4个以上重叠区域钢轨同位点方程，计算出前一张钢轨图像的测量平台的倾斜角度和代表点到钢轨基准面的距离、后一张钢轨图像的测量平台的倾斜角度和代表点到钢轨基准面的距离；根据前一张钢轨图像的测量平台的倾斜角度和代表点到钢轨基准面的距离或后一张钢轨图像的测量平台的倾斜角度和代表点到钢轨基准面的距离获得重叠区域钢轨同位点的钢轨上表面到钢轨基准面的距离；钢轨同位点方程为：

；其中，h1表示前一张钢轨图像代表点到钢轨基准面的距离，h2表示后一张钢轨图像代表点到钢轨基准面的距离，ln表示前一张图像激光器到代表点的距离，lm表示后一张图像激光器到代表点的距离，θ1表示前一张图像测量平台的倾斜角度，θ2表示后一张图像测量平台的倾斜角度，

表示前一张图像激光器到交点的距离，

表示后一张图像激光器到交点的距离，n、m为大于0的自然数；所述根据前一张钢轨图像的测量平台的倾斜角度和代表点到钢轨基准面的距离或后一张钢轨图像的测量平台的倾斜角度和代表点到钢轨基准面的距离获得重叠区域钢轨同位点的钢轨上表面到钢轨基准面的距离的方法采用如下公式：

；或

；其中，

表示前一张钢轨图像重叠区域钢轨同位点的钢轨上表面到钢轨基准面的距离；h1表示前一张钢轨图像代表点到钢轨基准面的距离；ln表示前一张图像激光器到代表点的距离；θ1表示前一张图像测量平台的倾斜角度；

表示前一张图像激光器到交点的距离；n为大于0的自然数；

表示后一张钢轨图像重叠区域钢轨同位点的钢轨上表面到钢轨基准面的距离；h2表示后一张钢轨图像代表点到钢轨基准面的距离；lm表示后一张图像激光器到代表点的距离；θ2表示后一张图像测量平台的倾斜角度；

表示后一张图像激光器到交点的距离，m为大于0的自然数；

将多个重叠区域的多个钢轨同位点的钢轨上表面到钢轨基准面的距离拼接，得到波磨实测值。

2.根据权利要求1所述的钢轨波磨测量方法，其特征在于，车体在钢轨上运行之前，先标定所有激光线；

所述标定所有激光线的方法包括：

每次打开一个激光器，标定打开的激光器与相机的三角成像关系，得到k组三角成像关系，k表示激光器的数量。

3.根据权利要求1所述的钢轨波磨测量方法，其特征在于，所述车体的速度为20-80km/h；

连续两张钢轨图像的拍摄时间间隔为0.006-0.03秒。

4.根据权利要求1所述的钢轨波磨测量方法，其特征在于，多条平行的激光线等间隔设置。

5.根据权利要求1所述的钢轨波磨测量方法，其特征在于，每两条相邻的激光线的距离为5毫米以下。

6.根据权利要求1所述的钢轨波磨测量方法，其特征在于，所述提取前一张钢轨图像的重叠区域的多条激光线和后一张钢轨图像的重叠区域的多条激光线的方法包括：

根据灰度分布区域信息，提取前一张和后一张钢轨图像的重叠区域的多条激光线的轮廓；

提取每一条激光线的轮廓的中心线；

所述获得交点与对应激光器的距离的方法包括：

通过三角测量根据钢轨图像获得交点在相机坐标系下的测量坐标；

根据世界坐标系与相机坐标系的旋转关系，得到测量坐标在世界坐标系的位置，进而得到对应交点与对应激光器的距离；

所述世界坐标系与相机坐标系的旋转关系已标定，相机在世界坐标系和相机坐标系中均位于原点，世界坐标系包括X轴，相机和激光器均在该X轴上；相机设置在多个激光器的连线上。

7.根据权利要求1所述的钢轨波磨测量方法，其特征在于，所述代表点设置在测量平台的下表面的中点。

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