基于線陣CCD的線路方向測量系統(tǒng)的開發(fā)

CCD器件將光學(xué)圖像輸出，得到被測對象的視頻信號。視頻信號處理電路對CCD輸出的視頻信號進(jìn)行二值化處理后，將被測目標(biāo)的中心值從背景中分離出來。從而得到目標(biāo)相對CCD中心像元的偏離值。
5 m、10 m、15 m處等距離的偏離值經(jīng)過相減，即可得到該段軌道線路的方向偏移量。
本系統(tǒng)測量裝置主要由光學(xué)測量系統(tǒng)、距離測量系統(tǒng)、可移動(dòng)基座、計(jì)算處理系統(tǒng)、管理系統(tǒng)組成。
(1)光學(xué)測量系統(tǒng)
光學(xué)測量系統(tǒng)由CCD成像儀和編碼標(biāo)尺組成(見圖3)。

在測量工作開始前，CCD成像儀通過固定基座固定于待測鋼軌起點(diǎn)處，將編碼標(biāo)尺通過移動(dòng)基座固定鋼軌上，通過控制按鈕使編碼標(biāo)尺成像于CCD上，移動(dòng)條碼標(biāo)尺，再次通過控制按鈕使條碼標(biāo)尺成像于CCD，再移動(dòng)，再次成像……以此類推。控制系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算編碼標(biāo)尺在5 m、10 m、15 m……處距離的偏離值，經(jīng)過相減，即可得到該段軌道各測點(diǎn)處的正矢量。
(2)距離測量系統(tǒng)
距離測量主要靠安裝在基座車輪上的編碼器實(shí)現(xiàn)，編碼器與車輪同軸安裝。通過車輪半徑(周長)和編碼器的旋轉(zhuǎn)輸出脈沖即可計(jì)算出基座的行走距離。
(3)移動(dòng)和固定基座
基座主要用來固定CCD成像儀和編碼標(biāo)尺。必須滿足快捷安裝要求，并保證CCD成像儀和條碼標(biāo)尺距鋼軌內(nèi)側(cè)頂面下16 mm處有相同距離。
(4)計(jì)算處理系統(tǒng)
能夠根據(jù)輸入的特定值(如1 m、5 m等)的整數(shù)倍距離，控制CCD成像儀對編碼標(biāo)尺的圖像進(jìn)行采集、并對圖像進(jìn)行分析，計(jì)算出各測點(diǎn)的正矢值進(jìn)行儲存和顯示。
(5)管理系統(tǒng)
根據(jù)圓曲線和緩和曲線計(jì)劃正矢的計(jì)算，編制計(jì)算機(jī)程序，能夠根據(jù)輸入的曲線軌道特征值計(jì)算出曲線軌道各處正矢值并與測量值進(jìn)行比較，計(jì)算撥量值。

5 系統(tǒng)上線試驗(yàn)結(jié)論
該系統(tǒng)在太焦線的三個(gè)曲線段上多次試驗(yàn)，并對測量結(jié)果用繩正法進(jìn)行復(fù)核，效果良好。
實(shí)際應(yīng)用表明：針對鐵路曲線測量現(xiàn)狀研制的“基于線陣CCD的線路方向測量系統(tǒng)”總體思路符合鐵路工務(wù)部門大中修規(guī)范的要求。檢測操作便捷、精度高，可以避免繩正法在風(fēng)力較大時(shí)產(chǎn)生過大誤差的問題。另外，通過上位機(jī)管理軟件的開發(fā)將正矢測量與撥道量計(jì)算集為一體，大大縮短了正矢測量→撥道量計(jì)算→撥道實(shí)施的時(shí)間，提高了工作效率。本系統(tǒng)的研制開發(fā)，提高了鐵路工務(wù)部門在線路維護(hù)方面的測量精度和工作效率，有利于保持線路的穩(wěn)定性和安全性，適合在鐵路及其他軌道運(yùn)輸行業(yè)中推廣。