本发明属于轨道检测，尤其是一种轨道巡检设备、系统及其检测方法。
背景技术：
1、
2、目前轨道巡检主要针对轨道存在的钢轨表面擦伤、扣件异常、轨枕掉块、道床隆起及线路有异物等现象进行检测，需要巡道工进行人工巡检，通过人眼对轨道状态进行检查。然而，巡检工人可以有效工作的无车时间越来越短，检测效率较低，以人工现场检测为主的检测方法已经不能符合现代轨道交通的检测要求。因此，在列车停驶的时间，通常会利用轨道检测车区段性地检测轨道是否符合安全需求。使用便携式轨道检测车进行线路日常检测能减轻巡检工人的劳动强度，是铁路或者城市轨道工务检测的必然趋势。
3、通常轨道检测车搭载着相应项目的检测模块。如中国实用新型专利cn206984011u公开了一种铁路轨道扣件及道床综合件检测设备，包括轨道小车，车体上搭载有电源系统、控制系统、工业控制平板电脑、激光扫描传感器组件、定位系统、 编码器、声光报警装置，该检测设备能够对铁路弹条扣件紧固状态和轨道道床裂缝及轨道板与泥浆层的缝隙同时进行检查。而在城市轨道交通工务领域，针对轨道及线路的人工巡检不仅仅包括对道床和扣件的巡检，还需要对钢轨轨面、排水沟和疏散平台等设备设施进行巡检，因此该检测设备功能较为单一。同时该检测设备采用由编码器进行触发，激光扫描传感器组件对道床和扣件进行检测，存在着编码器因车体打滑、变速等因素造成丢帧及定位误差大的问题，从而产生漏检误检现象，检测准确率低。
技术实现思路
1、为了克服上述不足，本发明的目的在于提供一种检测内容多，内容覆盖面广，检测准确率高，能有效提高城市轨道交通工务专业检测效率的一种轨道巡检设备、系统及其检测方法。
2、为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
3、第一方面，本发明提供了一种轨道巡检设备，包括车体以及设置在车体上的钢轨检测装置、扣件检测装置、疏散平台检测装置、道床检测装置、排水沟检测装置、同步定位系统和主控单元；其中，所述的钢轨检测装置、扣件检测装置、疏散平台检测装置、道床检测装置和排水沟检测装置均与所述主控单元通信连接，所述主控单元与所述同步定位系统通信连接；
4、所述的钢轨检测装置、扣件检测装置、疏散平台检测装置、道床检测装置和排水沟检测装置均包括：相机、光源，其中，所述相机用于获取图像信息，所述光源用于补光；
5、所述主控单元用于分别控制所述的钢轨检测装置、扣件检测装置、疏散平台检测装置、道床检测装置和排水沟检测装置的相机和光源获取图像信息，并根据所述图像信息对钢轨轨面、扣件、疏散平台、道床、排水沟检测，所述同步定位系统用于对车体进行定位。
6、该轨道巡检设备的各类检测装置和光源的触发方式包括编码器和滚轮组成的距离触发设备以及基于ntp（网络时间协议）网络授时的时间触发，其中，距离触发设备可产生高频触发信号,适用于高频工作的设备(如3d相机或线阵相机)；时间触发设备可输出稳定的非高频触发信号, 适用于非高频工作的设备(如面阵相机)。
7、优选地，以上所述的钢轨检测装置和排水沟检测装置均包括：第一相机、第一光源、第二相机和第二光源，所述第一相机和所述第一光源设置在所述车体的左侧，所述第二相机和所述第二光源设置在所述车体的右侧，所述第一相机用于获取所述车体左侧的钢轨轨面或排水沟图像信息，所述第一光源用于在所述第一相机获所述图像信息时，进行补光；所述第二相机用于获取所述车体右侧的钢轨轨面或排水沟图像信息，所述第二光源用于在所述第二相机获所述图像信息时，进行补光。
8、优选地，以上所述的疏散平台检测装置包括线阵相机和光源；所述线阵相机和光源设置在车体的同一侧；所述的线阵相机用于获取隧道内的疏散平台的图像信息，所述的光源用于在线阵相机获取图像信息时进行补光。
9、优选地，以上所述扣件检测装置和道床检测装置均包括：第一2d相机、第二2d相机、第一3d相机、第二3d相机、第一光源和第二光源，且所述第一2d相机、第一3d相机和第一光源均设置在所述车体的左侧，所述第二2d相机、第二3d相机和第二光源均设置在所述车体的右侧，所述第一2d相机、所述第二2d相机、第一3d相机、第二3d相机均用于获取扣件或道床的图像信息。
10、优选地，以上所述的轨道巡检设备，还包括轨检仪和探伤仪；所述的轨检仪和探伤仪设置于车体底部；所述的轨检仪和探伤仪均与所述主控单元通信连接。所述轨检仪用于检测轨道几何参数，如水平、三角坑、超高、正矢等；所述探伤仪用于检测钢轨焊缝是否合格。
11、优选地，以上所述同步定位系统包括里程计算单元和里程标识别单元；所述的里程计算单元包括行走滚轮、连接机构和编码器；所述的连接机构安装于车体上；所述的连接机构上设有行走滚轮；所述的编码器与行走滚轮轴连接；所述的里程标识别单元包括一台面阵相机，用于拍摄隧道内的里程标。
12、优选地，以上所述同步定位系统还包括双目检测单元；所述的双目检测单元为两台面阵相机和光源；所述的两台面阵相机设置于车体底部中央处，用于对道床区域进行连续拍摄；所述的光源用于在面阵相机获取图像信息时进行补光。使用两台面阵照相机对道床区域进行连续拍摄,依靠像素当量、景深、焦段等参数配置进行双目视觉计算,得到车体的移动距离,进而实现车体精确的定位。
13、优选地，以上所述的连接机构包括安装座、电机、转动杆ⅰ和转动杆ⅱ；所述的安装座上设有滑动槽，滑动槽内设有可沿滑动槽移动的滑动块；所述的电机通过联轴器与丝杆连接；所述的丝杆与滑动块螺纹连接；所述的滑动块底部与一对转动杆ⅰ连接；所述的转动杆ⅱ通过固定板设置在安装座下方；所述的一对转动杆ⅰ远离滑动块的一端和转动杆ⅱ转动连接；所述的转动杆ⅱ远离固定板的一端与连接杆活动连接；所述的转动杆ⅱ与连接杆之间设有拉伸弹簧；所述的连接杆上安装有行走滚轮。
14、当需要行走滚轮上的编码器工作时，电机驱动丝杆转动，丝杆带动滑动块沿滑动槽横向移动，滑动块通过带动转动杆ⅰ的移动进而带动转动杆ⅱ绕着与固定板的连接点转动；从而使与转动杆ⅱ连接的连接杆向下摆动直至行走滚轮接触到轨道上，当车体行进时，行走滚轮同时转动，此时编码器进入工作状态，通过计算编码器的输出信号即可得出列车的行走里程；在拉伸弹簧的作用下，行走滚轮与轨道保持压紧状态，防止行走滚轮打滑，确保编码器正常工作；当无需行走滚轮上的编码器工作时，控制电机反向转动，使得行走滚轮从轨道上抬起收回。
15、第二方面，本发明还提供了一种轨道巡检系统，包括处理器和以上任意一项所述的轨道巡检设备；所述处理器用于接收至少一个轨道巡检设备检测得到的钢轨、扣件、疏散平台、道床和排水沟检测结果，提取钢轨、扣件、疏散平台、道床和排水沟的病害或缺陷数据。
16、第三方面，本发明还提供了利用以上任一所述的一种轨道巡检设备的检测方法，
17、采集钢轨轨面、扣件、疏散平台、道床、排水沟图像信息，
18、采集和处理编码器、里程标识别信息，用于对车体进行定位；
19、对图像信息进行检测分析处理，提取病害或缺陷数据；
20、对提取的病害或缺陷的图像数据结合定位信息，判断出病害或缺陷存在的实际位置。
21、本发明具有的有益效果：
22、1、本发明根据图像信息对车体周围的钢轨、扣件、疏散平台、道床、排水沟进行检测，检测内容多且准确率高，基本覆盖了城市轨道交通日常工务检测内容，有效减轻了人工强度，检测效率高。
23、2、本发明针对城市轨道交通的特点，集成了疏散平台检测模块，可获取疏散平台上方以及下方的完整图像信息，有助于发现疏散平台下发的支撑结构断裂、螺帽缺失、绑扎带断裂等异常情况，可有效进行疏散平台的结构牢固性检测。
24、3、本发明的道床检测装置和扣件检测装置均采用了二维图像与三维图像联合采集的方式，在获取目标物数据的二维图像的同时获取高度的三维图像，实现了对同一目标物空间信息和平面信息的结合，能有效避免单纯二维图像采集因为污渍而产生的误识别，或三维图像采集因触发方式产生丢帧而导致病害遗漏等情况，有助于发现道床隆起、道床异物、扣件弹条脱落、弹条断裂、螺帽损坏等异常情况，有效提高道床或扣件的检测准确性。
25、4、本发明的各检测装置均采用相机+光源进行图像采集，可实现补光，尤其在隧道内检测时保证了图像的质量，便于后续图像处理及分析，进而实现检测自动化。
26、5、本发明采用同步定位系统采用了编码器、里程标识别校准及双目视觉定位结合的多重定位技术，解决了编码器因打滑、变速等因素造成的定位误差大的问题，通过编码器实时判断综合检测车当前位置，生成相对位置坐标，根据里程标识别实现每百米或每两百米进行定位校准，消除了累计误差，再通过双目视觉定位技术得到车体的移动距离,实现车体的精确定位，进而可将病害进行准确定位，有助于病害历次检测数据对齐，有效监测病害发育情况。
27、6、本发明改变传统在车体车轮上加装编码器的方式，通过连接机构安装编码器，使其独立，无需对搭载该轨道巡检设备的车体进行改造，且减少了车体在转弯或变速时对同步定位系统中的编码器的影响；同时连接机构上的行走滚轮在拉伸弹簧的作用下能与轨道保持压紧状态，防止行走滚轮打滑，确保与其连接的编码器正常工作，进一步提高了车体的里程计算准确度和保证触发连贯性，有效提高了检测效率。
1.一种轨道巡检设备，其特征在于，包括车体以及设置在车体上的钢轨检测装置、扣件检测装置、疏散平台检测装置、道床检测装置、排水沟检测装置、同步定位系统和主控单元；其中，所述的钢轨检测装置、扣件检测装置、疏散平台检测装置、道床检测装置和排水沟检测装置均与所述主控单元通信连接，所述主控单元与所述同步定位系统通信连接；
2.根据权利要求1所述的轨道巡检设备，其特征在于，所述的钢轨检测装置和排水沟检测装置均包括：第一相机、第一光源、第二相机和第二光源，所述第一相机和所述第一光源设置在所述车体的左侧，所述第二相机和所述第二光源设置在所述车体的右侧，所述第一相机用于获取所述车体左侧的钢轨轨面或排水沟图像信息，所述第一光源用于在所述第一相机获所述图像信息时，进行补光；所述第二相机用于获取所述车体右侧的钢轨轨面或排水沟图像信息，所述第二光源用于在所述第二相机获所述图像信息时，进行补光。
3.根据权利要求1所述的轨道巡检设备，其特征在于，所述的疏散平台检测装置包括线阵相机和光源；所述线阵相机和光源设置在车体的同一侧；所述的线阵相机用于获取隧道内的疏散平台的图像信息，所述的光源用于在线阵相机获取图像信息时进行补光。
4.根据权利要求1所述的轨道巡检设备，其特征在于，所述扣件检测装置和道床检测装置均包括：第一2d相机、第二2d相机、第一3d相机、第二3d相机、第一光源和第二光源，且所述第一2d相机、第一3d相机和第一光源均设置在所述车体的左侧，所述第二2d相机、第二3d相机和第二光源均设置在所述车体的右侧，所述第一2d相机、所述第二2d相机、第一3d相机、第二3d相机均用于获取扣件或道床的图像信息。
5.根据权利要求1所述的轨道巡检设备，其特征在于，还包括轨检仪和探伤仪；所述的轨检仪和探伤仪设置于车体底部；所述的轨检仪和探伤仪均与所述主控单元通信连接。
6.根据权利要求1所述的轨道巡检设备，其特征在于，所述同步定位系统包括里程计算单元和里程标识别单元；所述的里程计算单元包括行走滚轮、连接机构和编码器；所述的连接机构安装于车体上；所述的连接机构上设有行走滚轮；所述的编码器与行走滚轮轴连接；所述的里程标识别单元包括一台面阵相机，用于拍摄隧道内的里程标。
7.根据权利要求6所述的轨道巡检设备，其特征在于，所述同步定位系统还包括双目检测单元；所述的双目检测单元为两台面阵相机和光源；所述的两台面阵相机设置于车体底部中央处，用于对道床区域进行连续拍摄；所述的光源用于在面阵相机获取图像信息时进行补光。
8.根据权利要求6所述的轨道巡检设备，其特征在于，所述的连接机构包括安装座、电机、转动杆ⅰ和转动杆ⅱ；所述的安装座上设有滑动槽，滑动槽内设有可沿滑动槽移动的滑动块；所述的电机通过联轴器与丝杆连接；所述的丝杆与滑动块螺纹连接；所述的滑动块底部与一对转动杆ⅰ连接；所述的转动杆ⅱ通过固定板设置在安装座下方；所述的一对转动杆ⅰ远离滑动块的一端和转动杆ⅱ转动连接；所述的转动杆ⅱ远离固定板的一端与连接杆活动连接；所述的转动杆ⅱ与连接杆之间设有拉伸弹簧；所述的连接杆上安装有行走滚轮。
9.一种轨道巡检系统，其特征在于，包括处理器和权利要求1-8任意一项所述的轨道巡检设备；所述处理器用于接收至少一个轨道巡检设备检测得到的钢轨、扣件、疏散平台、道床和排水沟检测结果，提取钢轨、扣件、疏散平台、道床和排水沟的病害或缺陷数据。
10.如权利要求1-8任一所述的轨道巡检设备的检测方法，其特征在于，
