本发明涉及轨道交通领域，特别是一种轨道状态的检测方法及其检测系统。
背景技术：
轨道轨道在使用中会出现磨损，磨损分为侧磨和波磨，侧磨是指轨道内侧侧面由于与机车轮毂的长期接触摩擦导致的磨损，发生在存在弯道的区域；而波磨是指轨道上层表面由于与机车轮毂的长期接触摩擦导致的磨损。磨耗的剧烈程度与机车、车辆走行部分的状态，钢轨材质、轨道坡度、曲线半径、轨道维修质量等因素密切相关。
当磨损、不平顺程度超过一定技术限定值时，就需要使用轨道维护车对轨道进行打磨，使得保持轨道的整体平顺度符合技术要求。
随着不停的对轨道进行打磨，当达到一定条件时，如轨道高度或宽度小于技术值时，就需要对轨道做整体更改，为延长轨道的使用，当出现磨损后，轨道相关管理部门需要不断检测轨道的状态，以防轨道出现过度磨损而导致运行事故的发生。
传统检测与处理办法一般是，工作人员定期使用设备对轨道进行平顺度检查，若出现故障，则对平顺度问题做定量分析，根据结果和历史经验修订通行要求，判断是否达到维护要求，达到维护要求就对轨道进行打磨，达到更换要求则进行更换。
当前采用的检测方法一般为事后检测和维护，即使出现了故障，也需要达到特定的检测周期时，工作人员才会定期对轨道进行检测，另一方面，调整的通行要求是根据历史经验进行的，是否恰当合适也需要长时间的跟踪和检测，并且需要人为的判断，受到主观因素影响较大，同时又受钢材质量、地理区域、运行密度、气候条件等影响，可能需要进行多次调整，时间跨度长。
而研究发现，当机车轮毂经过轨道后，因为摩擦力的原因会使轨道的表层温度略微升温，如果轮毂和轨道接触面稳定不变，随着机车的持续运动，被摩擦过后的轨道在温度分布上应该相同，温差变化值也趋同。如果受力不稳定，局部摩擦力大的区域则升温更多，局部摩擦力小的区域则升温表现不明显，导致轨道温度分布情况与一般情况下不同。
通过对图像数据的采集和分析，能够得知轨道上各个位置的热温数据，以往直接将热温数据与基准信息进行比对，从而得知该位置的轨道磨损情况，但是，轨道安置在不同区域，会受到环境(温度、天气、地域等)影响，并且即使是同一地域、同一季节受到的影响都不一定相同，因此采用固定不变的基准信息进行比对，准确率较低。
技术实现要素：
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种轨道状态的检测方法及其检测系统，结合轨道所受环境变化的影响，基于轨道的温度能够反应轨道磨损的原理，通过图像分析准确得出轨道状态的检测结果。
本发明采用的技术方案是：
一种轨道状态的检测方法，包括以下步骤：s1、获取沿轨道的延伸方向连续采集的多张图像信息；s2、从图像信息中提取轨道图像信息；s3、对轨道图像信息进行识别并分析，得出多个的关于轨道各个位置的热温数据，基于多个的热温数据得出热温变化趋势信息；s4、分析热温变化趋势信息以得出与轨道所处环境相关联的属性参数数，根据属性参数从数据库中匹配对应该属性参数的热温基准信息，再将热温变化趋势信息与热温基准信息比对，判断热温变化趋势信息是否存在异常，形成轨道状态的检测结果；s5、输出轨道状态的检测结果。
步骤s2包括：s21、识别图像信息中轨道位于图像中的位置区域；s22、区分轨道的上表面位置区域以及轨道的侧面位置区域，并且分别对轨道的上表面位置区域以及轨道的侧面位置区域添加位置标签。
步骤s2中在步骤s22之后还包括：s23、对图像信息内的轨道图像信息等长分割成多个轨道图像单元；其中，在步骤s3中，对轨道图像单元进行识别并分析以得出热温数据。
步骤s3包括：s31、对轨道图像信息进行特征分布计算，生成温度分布特征值作为热温数据；s32、将一段区域内连续的温度分布特征值得出热温变化趋势信息。
步骤s3中还包括：s3111、对轨道图像信息进行锐化和/或模糊处理，得到锐化和/或模糊轨道图像信息；s3112、对锐化和/或模糊轨道图像信息进行特征分布计算，得到锐化和/或模糊温度分布特征值；s3113、将一段区域内连续的锐化和/或模糊温度分布特征值得出锐化和/或模糊热温变化趋势信息；
其中，在步骤s4中，热温基准信息包括原图热温基准信息以及锐化和/或模糊热温基准信息，将步骤s32中得到的热温变化趋势信息与原图热温基准信息比对，并且将锐化和/或模糊热温变化趋势信息与锐化和/或模糊热温基准信息比对，从而影响轨道状态的检测结果。
在步骤s4中，从在步骤s32中得到的热温变化趋势信息中的多个热温数据的平均值和/或最大值和/或最小值和/或方差分析得出与轨道所处环境相关联的属性参数。
在步骤s3中，还包括时间参数，将时间参数与热温变化趋势信息结合；
在步骤s4中，属性参数在对热温变化趋势信息和时间参数分析中得出，或者分析热温变化趋势信息以得出与轨道所处环境相关联的属性参数后，根据时间参数以及属性参数从数据库中匹配对应的热温基准信息。
在步骤s4中，对应该属性参数的热温基准信息包括多个热温历史数据并且根据多个热温历史数据以及预设的置信度形成置信空间，判断热温变化趋势信息中热温数据的值是否超出置信空间，从而判断热温变化趋势信息是否存在异常。
在步骤s4中，获取采集的热温数据添加入数据库中以更新热温历史数据。
根据本发明实施例的一种轨道状态的检测方法，至少具有如下有益效果：
本发明检测方法，沿轨道的延伸方向连续采集多张图像信息，通过对图像信息的分析提取，得出轨道上各个位置的热温数据，然后形成热温变化趋势信息，在同一区域，轨道会受到环境因素影响而使得热温数据与其他区域不同，而轨道上的磨损一般是某一段或者某一位置出现磨损，其他位置的轨道一般处于健康状态，并且引起热温数据的不同可以从图像信息分析出来的属性参数中得以体现，因此，从热温变化趋势信息中相对平稳的部分可以得知该区域中健康状态的轨道的大致热温情况，从而能够映射得出属性参数，然后再根据属性参数从数据库中匹配对应该属性参数的热温基准信息，得知此时的热温变化趋势信息中哪个位置的热温数据属于异常，从而形成轨道状态的检测结果，本设计考虑到实际环境的变化对轨道本身热温的影响，基于属性参数将热温变化趋势信息与合适的热温基准信息准确比对，提高检测结果的准确性。
本发明具体实施例还公开了一种检测系统，包括设置在机车上的红外摄像部件、储存器以及分别与红外摄像部件以及储存器电性连接的处理器，储存器存储有上述任一实施例公开的一种轨道状态的检测方法的程序，所述红外摄像部件沿轨道的延伸方向连续采集多张图像信息，所述处理器能够读取所述储存器内的程序并运行。
根据本发明实施例的一种检测系统，至少具有如下有益效果：
本发明检测系统，机车在轨道行驶时，红外摄像部件沿轨道的延伸方向连续采集多张图像信息，处理器获取图像信息并按一种轨道状态的检测方法的程序进行运行处理，得出检测结果，本设计在机车行驶过程中进行实时检测，可以在铁轨出现磨损或变形时，及时作出判断，通知管理人员对通行技术条件或约束进行调整，避免或缓解出现异常现象，延长铁轨的使用寿命，减少人员劳动成本，缩短检测周期，提高检测效率，检测准确。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
图1是本发明检测方法的处理流程示意图。
图2是本发明检测系统的原理结构示意图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种轨道状态的检测方法，包括以下步骤：s1、获取沿轨道的延伸方向连续采集的多张图像信息；s2、从图像信息中提取轨道图像信息；s3、对轨道图像信息进行识别并分析，得出多个的关于轨道各个位置的热温数据，基于多个的热温数据得出热温变化趋势信息；s4、分析热温变化趋势信息以得出与轨道所处环境相关联的属性参数，根据属性参数从数据库中匹配对应该属性参数的热温基准信息，再将热温变化趋势信息与热温基准信息比对，判断热温变化趋势信息是否存在异常，形成轨道状态的检测结果；s5、输出轨道状态的检测结果。
其中，图像信息沿轨道延伸方向采集，机车上可以提供定位信息，结合定位信息可以对图像信息上各个热温信息进行准确定位，以便于将检测结果与轨道的各个位置一一对应。
本发明检测方法，沿轨道的延伸方向连续采集多张图像信息，通过对图像信息的分析提取，得出轨道上各个位置的热温数据，然后形成热温变化趋势信息，在同一区域，轨道会受到环境因素影响而使得热温数据与其他区域不同，而轨道上的磨损一般是某一段或者某一位置出现磨损，其他位置的轨道一般处于健康状态，并且引起热温数据的不同可以从图像信息分析出来的属性参数中得以体现，因此，从热温变化趋势信息中相对平稳的部分可以得知该区域中健康状态的轨道的大致热温情况，从而能够映射得出属性参数，然后再根据属性参数从数据库中匹配对应该属性参数的热温基准信息，得知此时的热温变化趋势信息中哪个位置的热温数据属于异常，从而形成轨道状态的检测结果。
对于热温基准信息的建立，可经过实验室中的模拟或者现实机车运行的采集反馈，可以建立在不同环境因素影响下的热温坐标，例如在温度较低或者比较潮湿的环境区域中，使得位于该位置的轨道整体呈现的温度均处于较低水平，而在温度较高或者比较干燥的环境区域中，使得位于该位置的轨道整体呈现的温度均处于较高水平，例如可能在轨道整体呈现的温度均处于较低水平的情况下，有部分位置的轨道热温呈现温度相对于其他区域来讲并不高，但是已经远远高于此时的较低水平，则也可能属于异常情况，从而根据连续的图像信息分析出来的属性参数能够体现所在的环境中的基础数值，进而用于区分不同的环境，获取合适的热温基准信息。
而数据库在对应不同的属性参数下，一般包括两类数据，一类是来源于实验室和正常工控条件下的热温数据，另一类则是已经被证实属于异常情况的热温数据，从而判断在实时检测中，热温变化趋势信息中的热温数据是否存在异常。
本设计考虑到实际环境的变化对轨道本身热温的影响，基于属性参数将热温变化趋势信息与合适的热温基准信息准确比对，提高检测结果的准确性。
步骤s2包括：s21、识别图像信息中轨道位于图像中的位置区域；s22、区分轨道的上表面位置区域以及轨道的侧面位置区域，并且分别对轨道的上表面位置区域以及轨道的侧面位置区域添加位置标签。
由于对于轨道状态的判断，需要对轨道的上表面区域以及轨道的侧面位置区域进行检测，在某些实施例中，将摄像部件设置在机车上，在机车行走时，轨道在图像信息中的位置是相对固定的，因此，在步骤s2，识别出轨道的位置后，还需要区分轨道的上表面位置区域以及轨道的侧面位置区域，并且分别添加位置标签，分析上表面位置区域以及侧面位置区域的热温数据，分别判断上表面位置区域以及侧面位置区域的健康状态，更准确地判断轨道的健康状态。
在某些实施例中，步骤s2中在步骤s22之后还包括：s23、对图像信息内的轨道图像信息等长分割成多个轨道图像单元，其中，在步骤s3中，对轨道图像单元进行识别并分析以得出热温数据，针对每一个轨道图像单元进行基础分析计算，提高准确度。
在某些实施例中，步骤s3包括：s31、对轨道图像信息进行特征分布计算，生成温度分布特征值作为热温数据；s32、将一段区域内连续的温度分布特征值得出热温变化趋势信息。
其中，可以采用siamese神经网络改进算法对轨道图像信息或者轨道图像单元计算温度分布特征值，然后再将多个温度分布特征值连成热温变化趋势信息，在步骤s32中的一段区域可以是由用户设定的单位区域以用于计算。
以上的轨道图像信息没有进行优化处理，使用原图进行分析，得出的热温数据形成的热温变化趋势信息可用于准确匹配属性参数。
而为了进一步优化检测结果，使得对轨道状态的判断更加精准，步骤s3中还包括：s3111、对轨道图像信息进行锐化和/或模糊处理，得到锐化和/或模糊轨道图像信息；s3112、对锐化和/或模糊轨道图像信息进行特征分布计算，得到锐化和/或模糊温度分布特征值；s3113、将一段区域内连续的锐化和/或模糊温度分布特征值得出锐化和/或模糊热温变化趋势信息；其中，在步骤s4中，热温基准信息包括原图热温基准信息以及锐化和/或模糊热温基准信息，将步骤s32中得到的热温变化趋势信息与原图热温基准信息比对，并且将锐化和/或模糊热温变化趋势信息与锐化和/或模糊热温基准信息比对，从而影响轨道状态的检测结果。
其中，本设计可对采集的轨道图像信息的原图进行锐化处理，采用直方图均衡法和拉普拉斯算子等方式对轨道图像信息进行对比度增强锐化处理，放大轨道图像信息，使数据呈现的差异更清晰，更能准确的描述局部细节，而在数据库中设置有根据不同属性参数分类设立的锐化热温基准信息，利用原图得出的热温变化趋势信息准确匹配属性参数后，匹配出锐化热温基准信息，通过锐化的热温变化趋势信息与热温基准信息比对，得出的结果能够作为形成检测结果的依据，提高精确度。
同时，本设计还可以对采集的轨道图像信息的原图进行模糊处理，通过对轨道图像信息进行平滑滤波，使数据呈现更模糊，缩小轨道图像信息，在更大范围内描述整体情况，而在数据库中设置有根据不同属性参数分类设立的模糊热温基准信息，利用原图得出的热温变化趋势信息准确匹配属性参数后，匹配出模糊热温基准信息，通过模糊的热温变化趋势信息与热温基准信息比对，得出的结果能够作为形成检测结果的依据，提高精确度。
在某些实施例中，在步骤s4中，从在步骤s32中得到的热温变化趋势信息中的多个热温数据的平均值和/或最大值和/或最小值和/或方差分析得出与轨道所处环境相关联的属性参数，进一步地，还可以结合采集的外部大气温度、湿度、光照强度、路面轨道的转弯半径等信息，来进行环境分类，从而分析出合适的热温基准信息。
其中，热温变化趋势信息中由多个连续的热温数据形成，可以计算多个热温数据的平均值和/或最大值和/或最小值和/或方差和/或温度占比分布，从而分析得出属性参数。
在某些实施例中在步骤s3中，还包括时间参数，将时间参数与热温变化趋势信息结合；
在步骤s4中，属性参数在对热温变化趋势信息和时间参数分析中得出，或者分析热温变化趋势信息以得出与轨道所处环境相关联的属性参数后，根据时间参数以及属性参数从数据库中匹配对应的热温基准信息。
其中，时间参数包括年份、月份、日期等，通过加入时间参数的判断，能够优化匹配数据库中对应的热温基准信息的准确性，例如，根据时间参数可以判断季节以及大概温度，当根据区域的轨道温度映射出此时关于环境温度、湿度等因素混合影响的综合情况，不属于该时间参数反映的季节特征，则作出误报提示。
在步骤s4中，对应该属性参数的热温基准信息包括多个热温历史数据并且根据多个热温历史数据以及预设的置信度形成置信空间，判断热温变化趋势信息中热温数据的值是否超出置信空间，从而判断热温变化趋势信息是否存在异常。
本设计为相同属性参数中产生的连续和历史数据建立置信区间，用户可以根据各种不同数据分析类型的置信情况进行综合判定，设定合适的置信度，筛选出异常区间。
当热温变化趋势信息中热温数据的值落入到异常区间则可以判断该位置异常或疑似异常。
在步骤s4中，获取采集的热温数据添加入数据库中以更新热温历史数据。
此处，用户接收到异常或疑似异常后，可以立即到达现场进行检测，上报并根据异常区间实际处理情况，更新并纠正置信区间，更新异常数据库，同样地，落入置信区间的数据也可以用于更新数据库。
如图2所示，本发明具体实施例还公开了一种检测系统，包括设置在机车上的红外摄像部件1、储存器2以及分别与红外摄像部件1以及储存器2电性连接的处理器3，储存器2存储有上述任一实施例公开的一种轨道状态的检测方法的程序，所述红外摄像部件1沿轨道的延伸方向连续采集多张图像信息，所述处理器3能够读取所述储存器2内的程序并运行。
红外摄像部件设置在机车上，朝向轨道方向拍摄，储存器可以是rom或者flashmemory，处理器根据图像信息分析得出轨道的状态信息，机车本身可以提供定位信息给处理器，当发生异常情况，处理器及时告知用户，用户到场维修，并将到场的检查结果重新录入数据库，进行迭代更新。
本发明检测系统，机车在轨道行驶时，红外摄像部件沿轨道的延伸方向连续采集多张图像信息，处理器获取图像信息并按一种轨道状态的检测方法的程序进行运行处理，得出检测结果，本设计在机车行驶过程中进行实时检测，可以在铁轨出现磨损或变形时，及时作出判断，通知管理人员对通行技术条件或约束进行调整，避免或缓解出现异常现象，延长铁轨的使用寿命，减少人员劳动成本，缩短检测周期，提高检测效率，检测准确。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述优选方式可以自由地组合和叠加。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
1.一种轨道状态的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1、获取沿轨道的延伸方向连续采集的多张图像信息；
s2、从图像信息中提取轨道图像信息；
s3、对轨道图像信息进行识别并分析，得出多个的关于轨道各个位置的热温数据，基于多个的热温数据得出热温变化趋势信息；
s4、分析热温变化趋势信息以得出与轨道所处环境相关联的属性参数，根据属性参数从数据库中匹配对应该属性参数的热温基准信息，再将热温变化趋势信息与热温基准信息比对，判断热温变化趋势信息是否存在异常，形成轨道状态的检测结果；
s5、输出轨道状态的检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种轨道状态的检测方法，其特征在于，步骤s2包括：
s21、识别图像信息中轨道位于图像中的位置区域；
s22、区分轨道的上表面位置区域以及轨道的侧面位置区域，并且分别对轨道的上表面位置区域以及轨道的侧面位置区域添加位置标签。
3.根据权利要求2所述的一种轨道状态的检测方法，其特征在于，步骤s2中在步骤s22之后还包括：
s23、对图像信息内的轨道图像信息等长分割成多个轨道图像单元；
其中，在步骤s3中，对轨道图像单元进行识别并分析以得出热温数据。
4.根据权利要求1所述的一种轨道状态的检测方法，其特征在于，步骤s3包括：
s31、对轨道图像信息进行特征分布计算，生成温度分布特征值作为热温数据；
s32、将一段区域内连续的温度分布特征值得出热温变化趋势信息。
5.根据权利要求4所述的一种轨道状态的检测方法，其特征在于，步骤s3中还包括：
s3111、对轨道图像信息进行锐化和/或模糊处理，得到锐化和/或模糊轨道图像信息；
s3112、对锐化和/或模糊轨道图像信息进行特征分布计算，得到锐化和/或模糊温度分布特征值；
s3113、将一段区域内连续的锐化和/或模糊温度分布特征值得出锐化和/或模糊热温变化趋势信息；
其中，在步骤s4中，热温基准信息包括原图热温基准信息以及锐化和/或模糊热温基准信息，将步骤s32中得到的热温变化趋势信息与原图热温基准信息比对，并且将锐化和/或模糊热温变化趋势信息与锐化和/或模糊热温基准信息比对，从而影响轨道状态的检测结果。
6.根据权利要求5所述的一种轨道状态的检测方法，其特征在于，在步骤s4中，从在步骤s32中得到的热温变化趋势信息中的多个热温数据的平均值和/或最大值和/或最小值和/或方差分析得出与轨道所处环境相关联的属性参数。
7.根据权利要求1所述的一种轨道状态的检测方法，其特征在于，在步骤s3中，还包括时间参数，将时间参数与热温变化趋势信息结合；在步骤s4中，属性参数在对热温变化趋势信息和时间参数分析中得出，或者分析热温变化趋势信息以得出与轨道所处环境相关联的属性参数后，根据时间参数以及属性参数从数据库中匹配对应的热温基准信息。
8.根据权利要求1所述的一种轨道状态的检测方法，其特征在于，在步骤s4中，对应该属性参数的热温基准信息包括多个热温历史数据并且根据多个热温历史数据以及预设的置信度形成置信空间，判断热温变化趋势信息中热温数据的值是否超出置信空间，从而判断热温变化趋势信息是否存在异常。
9.根据权利要求8所述的一种轨道状态的检测方法，其特征在于，在步骤s4中，获取采集的热温数据添加入数据库中以更新热温历史数据。
10.一种检测系统，其特征在于，包括设置在机车上的红外摄像部件、储存器以及分别与红外摄像部件以及储存器电性连接的处理器，储存器存储有如权利要求1-9任一项所述的一种轨道状态的检测方法的程序，所述红外摄像部件沿轨道的延伸方向连续采集多张图像信息，所述处理器能够读取所述储存器内的程序并运行。
技术总结