一种基于激光雷达的接触网检测车及激光雷达调平方法

摘要

本发明实施例涉及一种基于激光雷达的接触网检测车及激光雷达调平方法。所述检测车包括：激光雷达传感器设置在检测车体顶部前方，升降旋转作业平台可升降和旋转地设置在所述检测车体顶部的后方；所述激光雷达传感器用于扫描接触网以获取被测接触网的几何参数的数据发送给所述处理器；所述至少三个倾角传感器用于获取检测车体的倾角发送给所述处理器；所述处理器用于根据上述几何参数的数据、检测车体的倾角和速度计算被测接触网的几何参数值，并对比所述几何参数值与预设值得到对比结果；以及根据预设误差修正算法对所述激光雷达传感器进行调平。本发明可以提高所检测几何参数值的准确性，提高接触网运行的可靠性。

说明书

技术领域

本发明实施例涉及铁路或地铁接触网几何参数检测领域，尤其涉及一种基于激光雷达的接触网检测车及激光雷达调平方法。

背景技术

现有铁路系统采用、功率大、牵引力大、速度快的电力机车牵引列车，可以提高列车运行速度和承载重量，从而大幅度地提高铁路的运输能力和通过能力。为给列车提供可靠稳定的电力，沿着铁路线铺设输电线网称为接触网，列车车顶部与接触网接触并获取电能的装置为受电弓。接触网是与电气化铁路安全运营直接相关的架空设备，沿线架设且无备用。铁路或地铁中，为保障接触网供电的安全可靠，需周期性对接触网几何参数进行检测。接触网几何参数检测主要包括接触网高度(接触网底端距离轨道平面的距离，以下简称为导高)、接触网拉出值(接触网偏离受电弓中心位置的距离，以下简称为拉出值)等。

接触网的检测维修安排在“天窗”期，这个时间多处于夜晚，时间短，检测任务重。当前铁路或地铁接触网几何参数的检测方式，人员可分为地面测量人员和轨道车作业平台检修人员两部分，地面测量人员负责测量接触网的几何参数，维修人员根据测量人员的指示维修。

为提高维修人员的检测效率，现有技术中发明了检测车对接触网进行检测。授权号为CN203037214U的中国实用新型专利公开了一种便携式接触网几何参数检测系统，包括检测车、激光雷达传感器、电脑和电源，所述激光雷达传感器、电脑和电源均设置在检测车上，激光雷达传感器和电脑均与电源电连接，激光雷达传感器和电脑之间通讯连接，激光雷达传感器上设有激光自动扫描器，激光自动扫描器的扫描方向对准待检测的接触网。

然而，在实现本发明技术方案的过程中，发明人发现，上述方案中激光雷达传感器需要固定在检测车上，由于激光雷达传感器在检测车的固定位置可能存在倾斜；或者，激光雷达传感器安装时需要评借安装人员经验，才能安装到预设水平。当固定位置不平时，或者安装人员经验不足时，激光雷达传感器测量的几何参数值会有较大的误差，从而无法发现接触网的异常处使接触网存在安全隐患。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于激光雷达的接触网检测车及激光雷达调平方法，以解决现有技术中激光雷达传感器安装误差较大或者安装不当引起的测量误差大使接触网存在安全隐患的问题。

第一方面，本发明提供了一种基于激光雷达的接触网检测车，所述接触网检测车包括：检测车体、激光雷达传感器、至少三个倾角传感器、速度传感器、升降旋转作业平台、处理器和显示面板；

所述激光雷达传感器、所述至少三个倾角传感器、所述速度传感器、所述GPS定位单元、所述LKJ数据采集电路和所述显示面板与所述处理器通信连接；所述激光雷达传感器设置在所述检测车体顶部前方，所述升降旋转作业平台可升降和旋转地设置在所述检测车体顶部的后方，所述显示面板设置在所述升降旋转作业平台上；

所述激光雷达传感器用于扫描接触网以获取被测接触网的几何参数的数据发送给所述处理器；

所述至少三个倾角传感器用于获取检测车体的倾角发送给所述处理器；

所述速度传感器用于获取所述检测车体的速度发送给所述处理器；

所述处理器用于根据上述几何参数的数据、检测车体的倾角和速度计算被测接触网的几何参数值，并对比所述几何参数值与预设值得到对比结果；以及根据预设误差修正算法对所述激光雷达传感器进行调平；

所述显示面板用于显示所述几何参数值和所述对比结果。

可选地，所述接触网检测车包括：与处理器通信连接的GPS定位单元和LKJ数据采集电路；

所述GPS定位单元用于获取检测车体所处位置的位置信息；

所述LKJ数据采集电路用于获取供电段的LKJ数据；

相应地，所述处理器还用于根据所述位置信息和所述LKJ数据匹配相应接触网的支柱号以确定支柱的位置。

可选地，所述至少三个倾角传感器安装在所述检测车体的不位于同一个平面的任意三个位置。

第二方面，本发明实施例提供了一种适于第一方面所述的接触网检测车上激光雷达的调平方法，所述调平方法包括：

S1、利用检测车正向测量预设标准接触网的第一几何参数值；

S2、利用所述检测车反向测量所述预设标准接触网的第二几何参数值；

S3、计算所述第一几何参数值和所述第二几何参数值的绝对差值；

S4、若所述绝对差值超过预设差值时，调整激光雷达传感器的安装水平角度；

S5、重复上述步骤S1～S4，直至所述绝对差值小于所述预设差值为止。

可选地，所述第一几何参数值和所述第二几何参数值包括接触网导高、拉出值和轨道超高。

可选地，所述拉出值的绝对差值位于(-3，3)毫米之间，或者所述轨道超高的绝对差值位于(-0.02，0.02)度之间。

可选地，所述S4、若所述绝对差值超过预设差值时，调整激光雷达传感器的安装水平角度的步骤包括：

计算所述第一几何参数值和所述第二几何参数值的平均值；

根据所述平均值计算所述激光雷达传感器对应的目标水平角度；

将所述激光雷达传感器从当前安装水平角度调整到所述目标水平角度。

可选地，所述调平方法还包括：

利用安装在检测车体上不位于同一个平面的任意三个位置的至少三个倾角传感器获取检测车体的倾角和激光雷达传感器安装水平角度；

根据所述至少三个倾角传感器倾角与预设基准平面进行比较；

当所述至少三个倾角传感器倾角与所述预设基准平面保持一致时所述激光雷达传感器安装水平角度满足预设要求。

由上述技术方案可知，本发明实施例通过在检测车体上设置激光雷达传感器和至少三个倾角传感器，激光雷达传感器扫描接触网，至少三个倾角传感器获取检测车体的倾角；由处理器计算接触网的几何参数值，并且该处理器还根据预设误差修正算法对激光雷达传感器进行调平，以补偿激光雷达传感器安装不当而引起的误差过大的问题，从而提高所检测几何参数值的准确性，提高接触网运行的可靠性。

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做一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明实施例提供的一种基于激光雷达的接触网检测车结构框图；

图2是检测车检测原理示意图；

图3是本发明实施例提供的一种用于接触网检测车上激光雷达的调平方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

图1示出了一种本发明实施例提供的一种基于激光雷达的接触网检测车结构框图。参见图1，本发明实施例提供的基于激光雷达的接触网检测车包括：检测车体(图中未示出)、处理器1、激光雷达传感器2、至少三个倾角传感器3、速度传感器4、GPS定位单元5、LKJ数据采集电路6、升降旋转作业平台(图中未示出)和显示面板7。其中，

激光雷达传感器2、至少三个倾角传感器3、速度传感器4、GPS定位单元5、LKJ数据采集电路和显示面板7与处理器1通信连接；激光雷达传感器2设置在检测车体顶部前方，升降旋转作业平台可升降和旋转地设置在检测车体顶部的后方，显示面板7设置在升降旋转作业平台上；

激光雷达传感器2用于扫描接触网以获取被测接触网的几何参数的数据发送给处理器1；

至少三个倾角传感器3用于获取检测车体的倾角发送给处理器1；

速度传感器4用于获取检测车体的速度发送给处理器1；

处理器1用于根据上述几何参数的数据、检测车体的倾角和速度计算被测接触网的几何参数值，并对比所述几何参数值与预设值得到对比结果；以及根据预设误差修正算法对激光雷达传感器2进行调平；

显示面板7用于显示几何参数值和对比结果，以供维护人员及时发现问题和制定支援方案。

实际应用中，如图2所示，本发明实施例中激光雷达传感器2安装在检测车体(图中未示出)顶部前方，该激光雷达传感器2上设有激光自动扫描器，激光自动扫描器的扫描方向对准待检测的接触网8。检测车体10行驶在轨道6上，激光自动扫描器的扫描角度范围为-5°至185°；激光自动扫描器的扫描频率介于25-50次/秒。激光雷达传感器2可以扫描检测接触网8的几何参数的数据发送给处理器1。

上述至少三个倾角传感器3固定在检测车体的任意三个位置，且任意三个位置不位于同一平面上。例如，本发明实施例中将其中一个倾角传感器3固定在激光雷达传感器2的安装平面上，用于该激光雷达传感器的安装水平倾角；剩余的倾角传感器3分别安装在检测车体的不同位置，用于获取对应位置的倾角；处理器1接收上述多个倾角传感器的倾角数据与预设基准平面进行比较，若上述倾角与预设基准平面保持一致，即倾角形成的检测平面与预设基准平面的形成的夹角相同或者相近(差值在预设范围内)，则说明激光雷达传感器安装水平角度满足预设要求。

处理器1对比上述倾角数据与预设基准平面过程中，若两者不一致时，则说明激光雷达传感器2安装不当或者误差过大，此时处理器1生成报警信号或者误差过大信号。为此，本发明实施例中处理器1对激光雷达传感器2的安装位置进行调整包括：

检测车正向测量预设标准接触网的第一几何参数值。上述预设标准接触网是指，在预设基准平面的基础上安装轨道，并且按照接触网的标准安装好的接触网。正向测量是指，从上述预设标准接触网的第一端向第二端行驶测量的过程。检测车再反向测量上述预设标准接触网的第二几何参数值。反向测量是指，从上述预设标准接触网的第二端向第一端行驶测量的过程。然后，检测车中处理器1计算第一几何参数值和第二几何参数值的绝对差值。若所述绝对差值超过预设差值时，调整激光雷达传感器的安装水平角度。例如，每次可以调整预设角度，如每次0.01度，然后重新正向测量和反向测量一次，计算第一几何参数值和第二几何参数值的绝对差值。若本次绝对差值变大，则说明本次调整无效，调整角度是相反的，需要向反方向调整。若该绝对差值变小，则说明本次调整有效，则在此基础上继续调整，直至绝对差值小于预设差值为止。

为提高计算效率，本发明实施例中处理器1采用平均值法对激光雷达传感器2的安装位置进行调整包括：

检测车正向测量预设标准接触网的第一几何参数值。检测车再反向测量上述预设标准接触网的第二几何参数值。然后，检测车中处理器1计算第一几何参数值和第二几何参数值的绝对差值。若所述绝对差值超过预设差值时，调整激光雷达传感器的安装水平角度。处理器1计算第一几何参数值和第二几何参数值的平均值，从而可以得到激光雷达传感器对应的目标水平角度。

将激光雷达传感器调整到目标水平角度后，重新正向测量和反向测量并计算第一几何参数值和第二几何参数值的绝对差值。若绝对差值变大，说明本次调整无效，调整角度是相反的，需要向反方向调整。若该绝对差值变小，则说明本次调整有效，则在此基础上继续调整，直至绝对差值小于预设差值为止，或者绝对差值再次变大为止。

本发明实施例中将激光雷达传感器调整好后，可以进行接触网的检测工作。

需要说明的是，本发明实施例中调整激光雷达传感器的安装水平角度时，执行机构可以是步进电机或者维护人员手动调整，本领域技术人员可以根据需要进行设置，本发明不作限定。

上述速度传感器4固定在检测车体上，该速度传感器4可以测量检测车体的实际行驶速度。上述GPS定位电路5固定在检测车体上，可以测量该检测车体的当前位置信息。上述LKJ数据采集电路6可以获取铁路局下发供电段的LKJ数据。处理器根据上述LKJ数据确定支柱号，然后根据当前位置与上述支柱号定位支柱的精确位置，并根据实际行驶速度计算行驶到支柱的时间。

上述显示面板7与处理器1通信连接，实时显示激光雷达传感器2获取的接触网的几何参数数据，至少三个倾角传感器采集的倾角数据、速度传感器采集的实际行驶速度、GPS定位电路采集的当前位置信息和LKJ数据采集电路获取的LKJ数据、支柱号、激光雷达传感器安装水平倾角的偏差等数据，这样维护人员可以根据上述数据及时准确的了解接触网情况，及时发现问题以及在发现问题时制定维护计划。该显示面板7可以采用LCD显示器、LED显示器或者CRT显示器实现，并且所显示内容也可以具体场景进行选择，本发明不作限定。

实际应用中，本发明实施例提供的接触网检测车还包括报警器8。该报警器8。当接触网的几何参数值超过预设值时，处理器1会生成报警信号，此时报警器8会根据上述报警信号鸣响提示维护人员。若上述报警器8还包括警示灯，则警示灯会以频闪方式提示维护人员。

如图1所示，本发明实施例提供的接触网检测车还包括通信模块9。该通信模块9可以采用4G/3G/2G通信电路、CDMA通信电路、GPRS通信电路、射频电路等通信电路。例如，本发明一实施例中选用4G/3G/2G通信电路实现。本领域技术人员可以根据具体使用场景实际情况，例如与通信模块相对应的通信接收设备之间的距离、检测车的实际使用环境，选择合适的通信电路，本发明不作限定。

第二方面，本发明实施例提供了一种适于第一方面的接触网检测车上激光雷达的调平方法，如图3所示，包括：

S1、利用检测车正向测量预设标准接触网的第一几何参数值；

S2、利用所述检测车反向测量所述预设标准接触网的第二几何参数值；

S3、计算所述第一几何参数值和所述第二几何参数值的绝对差值；

S4、若所述绝对差值超过预设差值时，调整激光雷达传感器的安装水平角度；

S5、重复上述步骤S1～S4，直至所述绝对差值小于所述预设差值为止。

步骤S1中，检测车正向测量，利用激光雷达传感器2、至少三个倾角传感器3、速度传感器4、GPS定位电路5和LKJ数据采集电路6分别采集相应的参数发送给处理器1，由处理器1计算得到第一几何参数值。该第一几何参数值至少包括接触网导高、拉出值和轨道超高(即轨道倾角)。本领域技术人员可以实际需求获取相应的参数值，本发明不作限定。

步骤S2中，检测车反向测量，利用激光雷达传感器2、至少三个倾角传感器3、速度传感器4、GPS定位电路5和LKJ数据采集电路6分别采集相应的参数发送给处理器1，由处理器1计算得到第一几何参数值。该第一几何参数值至少包括接触网导高、拉出值和轨道超高(即轨道倾角)。

步骤S3中，处理器1计算第一几何参数值和所述第二几何参数值的绝对差值。处理器1可以计算上述几何参数值中一项或者多项参数的绝对差值，例如，处理器1仅计算接触网拉出值的绝对差值，这样可以减少计算量，提高计算效率。当然，本领域技术人员可以根据实际需要选择计算需要的参数以及参数的数量，本发明不作限定。

步骤S4中，处理器1对比上述绝对差值与预设差值的大小。本发明实施例中拉出值的绝对差值为(-3，3)毫米，或者轨道超高的绝对差值为(-0.02，0.02)度。若上述绝对差值小于预设差值，说明激光雷达传感器的安装水平角度在误差范围之内，此时无需调整。若上述绝对差值超过预设差值，说明激光雷达传感器的安装水平角度已经超出误差范围，需要对激光雷达传感器进行调整。处理器1调整激光雷达传感器安装水平角度，即在当前安装水平角度的基础上增加预设角度，使激光雷达传感器调整为：当前安装水平角度+预设角度。

步骤S5中，重复步骤S1～S4，再次计算绝对差值。若绝对差值大于上次绝对差值，则说明本次调整无效，调整角度是相反的，需要向反方向调整(由于上一次调整是相反的，本次调整在安装水平角度上减去2倍的预设角度)。若该绝对差值变小，则说明本次调整有效，则在此基础上继续调整，直至绝对差值小于预设差值为止，或者绝对差值再次变大为止。

当然，本发明实施例中处理器1还可以采用平均值法对激光雷达传感器2的安装位置进行调整步骤S1～S3与上述方法相同，区别为：

若所述绝对差值超过预设差值时，调整激光雷达传感器的安装水平角度。处理器1计算第一几何参数值和第二几何参数值的平均值，从而可以得到激光雷达传感器对应的目标水平角度。

将激光雷达传感器调整到目标水平角度后，重新正向测量和反向测量并计算第一几何参数值和第二几何参数值的绝对差值。若绝对差值变大，说明本次调整无效，调整角度是相反的，需要向反方向调整。若该绝对差值变小，则说明本次调整有效，则在此基础上继续调整，直至绝对差值小于预设差值为止，或者绝对差值再次变大为止。

需要说明的是，本发明实施例提供的激光雷达调平方法是基于第一方面的基于激光雷达的接触网检测车实现，包括接触网检测车实施例的全部技术特征，因此可以解决相同的技术问题，达到相同的技术效果，具有内容可以参见上述实施例的内容，在此不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供的基于激光雷达的接触网检测车及激光雷达调平方法，通过在检测车体上设置激光雷达传感器和至少三个倾角传感器，激光雷达传感器扫描接触网，至少三个倾角传感器获取检测车体的倾角；由处理器计算接触网的几何参数值，并且该处理器还根据预设误差修正算法对激光雷达传感器进行调平，以补偿激光雷达传感器安装不当而引起的误差过大的问题，从而提高所检测几何参数值的准确性，提高接触网运行的可靠性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。