(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210351440.6 (22)申请日 2022.04.02 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号 (72)发明人 陈宪麦　陈楠　 (74)专利代理 机构 长沙七源专利代理事务所 (普通合伙) 43214 专利代理师 周晓艳　蔡实艳 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06V 10/44(2022.01) G06V 10/56(2022.01) G06T 7/70(2017.01) (54)发明名称 一种基于离散元法获取钢轨轮廓参数的方 法 (57)摘要 本发明提供了一种基于离散元法获取钢轨 轮廓参数的方法， 包括以下步骤： 采用离散元法 建立具有粗糙表面的钢轨模型； 获取所建立的钢 轨模型的轮廓线； 对所建立的钢轨模 型设置轮廓 坐标参数的参考线， 并基于该参考线获取钢轨模 型轮廓线上各点的坐标参数； 根据步骤三中所得 到的坐标参数绘制钢轨具有表面粗糙度的轮廓 图形。 本发 明根据钢轨的实际几何图形建立离散 元模型， 模拟钢轨的粗糙型面， 仿真结果受环境 或其他不可测因素的影 响较少， 得到的数据较为 可靠； 并通过离散元模拟钢轨的粗糙型面， 并根 据图像处理技术提取轮廓线的坐标， 技术人员可 以根据自身的需求对模型中的参数进行修改， 本 发明的实用性和灵活性较高。 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 CN 114676527 A 2022.06.28 CN 114676527 A 1.一种基于 离散元法获取钢轨轮廓参数的方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一、 采用离 散元法建立具有粗 糙表面的钢轨模型； 步骤二、 获取 所建立的钢轨模型的轮廓线； 步骤三、 对所建立的钢轨模型设置轮廓坐标参数的参考线， 并基于该参考线获取钢轨 模型轮廓线上 各点的坐标参数； 步骤四、 根据步骤三中所 得到的坐标参数绘制钢轨具有表面 粗糙度的轮廓图形。 2.根据权利要求1所述的基于离散元法获取钢轨轮廓 参数的方法， 其特征在于， 采用离 散元法建立钢轨模型的具体步骤如下： S1.1、 获取铁路钢轨的轮廓图像； S1.2、 采用直径为0.5mm ‑1.0mm球体颗粒填充钢轨轮廓， 并对球体颗粒设置接触模型、 法向临界阻尼比、 摩擦系数、 抗拉强度、 黏结强度和颗粒密度， 以建立具有表面粗糙度的钢 轨模型。 3.根据权利要求2所述的基于离散元法获取钢轨轮廓 参数的方法， 其特征在于， 所述法 向临界阻尼比设置为0.2 ‑0.5、 摩擦系数设置为0.5 ‑0.8、 抗拉强度设置为(1.0 ‑1.5)× 109Pa、 黏结强度取值 为(1.0‑1.5)×1010Pa、 颗粒密度设置为75 00kg/m3‑7850kg/m3。 4.根据权利要求1所述的基于离散元法获取钢轨轮廓 参数的方法， 其特征在于， 获取所 建立的钢轨模型的轮廓线的具体步骤如下： S2.1、 采用图像处 理技术对钢轨的轮廓线 进行识别； S2.2、 通过灰度处理、 阈值设定、 杂质去除、 轮廓线颜色以及线宽参数的设置， 获取钢轨 的轮廓线。 5.根据权利要求4所述的基于离散元法获取钢轨轮廓 参数的方法， 其特征在于， 所述阈 值设定的最大值设为25 5， 类型设为反向二 值化阈值。 6.根据权利要求5所述的基于离散元法获取钢轨轮廓 参数的方法， 其特征在于， 所获取 得到的钢轨轮廓线设置为红色， 且其RGB对应值 为(255,0,0)、 线宽度设置为0.1m m‑0.15mm。 7.根据权利要求1所述的基于离散元法获取钢轨轮廓 参数的方法， 其特征在于， 所述参 考线设置为 贯通整个钢轨模型的斜线。 8.根据权利要求7所述的基于离散元法获取钢轨轮廓 参数的方法， 其特征在于， 所述参 考线的轮廓线坐标 标定的表达式为： x＝x_min+(X‑X_min)*(x_max ‑x_min)/(X_max ‑X_min) y＝y_min+(Y‑Y_min)*(y_max ‑y_min)/(Y_max ‑Y_min) 其中， x、 y表示所需的钢轨轮廓线的坐标数据； X、 Y代表图像中轮廓线的对应坐标； (X_ min， Y_min)、 (X_max， Y_max)分别指图像中参 考线左下角和右上角的坐标。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114676527 A 2一种基于离散元法获取钢轨轮廓 参数的方 法 技术领域 [0001]本发明涉及铁路钢轨尺寸测量技术领域， 特别是涉及一种基于离散元法获取铁路 钢轨轮廓参数的方法。 背景技术 [0002]钢轨作为列车运行的主要支撑部件， 在列车荷载的长期作用下， 钢轨表面逐渐出 现不同程度的波磨、 伤损， 导致钢轨表面不平顺， 列车在其上运行不仅会影响轮轨之 间的作 用力， 还会影响旅客的舒 适性和铁路运输的安全性。 [0003]目前， 对钢轨粗糙型面的研究主要是基于激光扫描、 钢轨表面波磨、 轨道不平顺等 方面的研究， 这些数据的获得都需要在现场进行监测， 不仅需要大量的时间、 人力、 物力和 财力， 而且获取的数据容 易受周围环境和其 他因素的影响， 存在一定的偏差 。 [0004]因此， 利用计算机进行数值仿真， 模拟钢轨表面的粗糙型面， 通过图像处理提取钢 轨粗糙轮廓线的坐标， 可以在一定程度上替代现场监测， 实现对钢轨粗 糙型面的研究分析。 发明内容 [0005]本发明提供了一种基于 离散元法获取钢轨轮廓参数的方法， 包括以下步骤： [0006]步骤一、 采用离 散元法建立具有粗 糙表面的钢轨模型； [0007]步骤二、 获取 所建立的钢轨模型的轮廓线； [0008]步骤三、 对所建立的钢轨模型设置轮廓坐标参数的参考线， 并基于该参考线获取 钢轨模型轮廓线上 各点的坐标参数； [0009]步骤四、 根据步骤三中所 得到的坐标参数绘制钢轨具有表面 粗糙度的轮廓图形。 [0010]可选的， 采用离 散元法建立钢轨模型的具体步骤如下： [0011]S1.1、 获取铁路钢轨的轮廓图像； [0012]S1.2、 采用直径为0.5mm ‑1.0mm球体颗粒填充钢轨轮廓， 并对球体颗粒设置接触模 型、 法向临界阻尼比、 摩 擦系数、 抗拉强度、 黏结强度和颗粒密度， 以建立具有表面粗糙度的 钢轨模型。 [0013]可选的， 所述法向临界阻尼比设置为0.2 ‑0.5、 摩擦系数设置为0.5 ‑0.8、 抗拉强度 设置为(1.0 ‑1.5)×109Pa、 黏结强度取值为(1.0 ‑1.5)×1010Pa、 颗粒密度设置为7500kg/ m3‑7850kg/m3。 [0014]可选的， 获取 所建立的钢轨模型的轮廓线的具体步骤如下： [0015]S2.1、 采用图像处 理技术对钢轨的轮廓线 进行识别； [0016]S2.2、 通过灰度处理、 阈值设定、 杂质去除、 轮廓线颜色以及线宽参数的设置， 获取 钢轨的轮廓线。 [0017]可选的， 所述阈值设定的最大值设为25 5， 类型设为反向二 值化阈值。 [0018]可选的， 所获取得到的钢轨轮廓线设置为红色， 且其RGB对应值为(255,0,0)、 线宽 度设置为0.1m m‑0.15mm。说　明　书 1/4 页 3 CN 114676527 A 3