本申请涉及铁路工程机械，尤其涉及一种应用于轨道线路的曲线要素检测装置。
背景技术：
1、铁路曲线要素通常包括曲线半径、缓和曲线长度、曲线全长、曲线转向角及曲线超高等。由于铁路线路的曲线路段结构特殊，容易发生轨道病害，因此是轨道的薄弱环节。曲线段的线路状态不仅关系到列车实际运行的最高速度，还直接影响乘车的舒适性和行车的安全性。对于高速铁路而言，维护曲线的良好状态对于提高旅客舒适度、保障列车安全运行极为重要。只有对曲线要素进行准确的检测，及时发现病害，才能进行有效的养护维修，保持曲线区段线路的良好状态。
2、现有技术中，主要有以下文献与本申请相关：
3、文献1为彭剑秋、申学林、李亮于2019年9月发表在《测绘与空间地理信息》的论文《既有线路曲线要素的测量与计算》。该论文公开的技术方案，通过观测线路坐标数据，并对坐标数据进行拟合以实现曲线要素的检测，但该方法受观测数据波动影响较大，且对大半经曲线的拟合效果不佳。
4、文献2为唐涛于2015年5月发表在《西南交通大学》上的硕士论文《高铁无砟轨道曲线主点提取算法研究》。该论文公开的技术方案通过粗判和精判二次拟合的方式实现曲线的分段拟合，但该方法为了得到铁路曲线要素进行不断的拟合和整体迭代，计算过程繁杂，计算量太大。
5、因此，综上，现有技术存在对大半径曲线检测精度不高，检测算法易受干扰，检测效果不稳定，计算复杂，多次拟合，耗时过长的技术问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请的目的在于提供一种轨道线路曲线要素检测装置，以解决现有线路曲线要素检测方式对大半径曲线检测精度不高，检测算法易受干扰，检测效果不稳定的技术问题。
2、为了实现上述发明目的，本申请具体提供了一种轨道线路曲线要素检测装置的技术实现方案，包括：
3、滤波模块，根据铁路线路的检测范围，按顺序遍历输入的轨道几何参数数据，并对数据进行滤波；
4、处理模块，对滤波后的数据进行分段处理，通过判断输入数据是否超出阈值，区分线路所处的线型，所述线型包括直线及曲线；
5、数据切分模块，对于区分出的每段曲线数据，提取数据中的分界点，并根据分界点将数据切分为缓和曲线或圆曲线；
6、拟合模块，对切分出的直线、缓和曲线及圆曲线分别进行线段拟合；
7、计算模块，计算拟合线段之间的交点为曲线特征点；
8、输出模块，根据曲线特征点输出曲线要素数据。
9、进一步的，所述拟合模块采用最小二乘法进行线段拟合。
10、进一步的，所述滤波模块采用限幅滤波及滑动均值滤波进行数据滤波。
11、进一步的，所述滤波模块按照设定的间隔对线路检测里程区间进行采样，并按照里程大小顺序对每处里程对应位置的各项轨道几何参数f(x)进行滤波处理。
12、进一步的，设定连续两次采样允许的最大偏差值为max，当所述滤波模块检测到新采样值时，若判断本次采样值与前一次采样值之间的偏差≤max，则本次采样值有效。若本次采样值与前一次采样值之间的偏差>max，则本次采样值无效，并放弃本次采样值，而采用前一次采样值代替本次采样值。
13、进一步的，所述滤波模块将连续获取的2m个采样值作为一个队列，所述队列的长度固定为2m，即滑动窗口大小，5≤m≤50。所述滤波模块按照先进先出原则每次采样到一个新的数据写入队尾，并舍弃掉原来位于队首的一个数据，再将队列中的2m个数据进行算术平均运算，获得新的数据滤波结果。
14、进一步的，所述滤波模块根据以下公式计算滤波后的数据：
15、
16、其中，r1,r2,r3,…,rn为输入轨道几何参数的实测数据，rn为线路里程n处所测轨道几何参数值，滑动窗口大小为2m<n。
17、进一步的，所述处理模块对滤波后的数据进行分段处理，通过经验值设定相关轨道几何参数阈值，对每次数据进行判断，超过阈值的数据则处于曲线路段，未超过阈值则处于直线路段。
18、进一步的，所述处理模块对滤波后的轨道几何参数数据进行判断，设定轨道几何参数阈值为rthre，若则里程n处于直线路段，若则里程n处于曲线路段。
19、进一步的，所述数据切分模块提取数据中的分界点并进行数据切分，设曲线段的起点为a，终点为b，所述数据切分模块寻找曲线段ab的中点并设为o，再分别寻找曲线段ao中距离直线段ao距离最大的点c，以及曲线段ob中距离直线段ob距离最大的点d。得到点c、d即为分界点，以此划分ac、db为缓和曲线，cd为圆曲线。
20、进一步的，所述拟合模块根据轨道曲线类型建立如下连续分段线性函数模型：
21、f(x)＝f0(x)+f1(x)u(x-x1)+f2(x)u(x-x2)+...+fn(x)u(x-xn)
22、其中，x为线路里程数据，f(x)为轨道几何参数，fn(x)＝wnx+bn均为线性函数，wn，bn为函数的斜率和截距，u(x)为阶跃函数，x1,x2,...xn对应各个分界点，即曲线特征点；对于轨道曲线类型为直线、缓和曲线、圆曲线时，fn(x)分别表示为：
23、
24、进一步的，所述计算模块计算的曲线特征点包括：计算前直线与前缓和曲线交点得到直缓点里程坐标(xzh,0)，计算前缓和曲线与圆曲线交点得到缓圆点里程坐标(xhy,bn)，计算圆曲线与后缓和曲线交点得到圆缓点里程坐标(xyh,bn)，计算后缓和曲线与后直线交点得到缓直点里程坐标(xhz,0)。
25、进一步的，所述输出模块输出的曲线要素数据包括：起始里程xzh，终止里程xhz，曲线长度|xhz-xzh|，前缓和曲线长度|xhy-xzh|，后缓和曲线长度|xhz-xyh|，曲线半径曲线超高其中，l为半弦长，h为矢距值，xhy为缓圆点里程，xyh为圆缓点里程，xhz为缓直点里程，xzh为直缓点里程，为缓圆点超高，为圆缓点超高。
26、通过实施上述本申请提供的轨道线路曲线要素检测装置的技术方案，具有如下有益效果：
27、(1)本申请轨道线路曲线要素检测装置，利用轨道几何参数进行拟合，对直线、缓和曲线、圆曲线分段建模，提高了大半径曲线检测精度以及不同场景下线路检测的灵活性和适用性；
28、(2)本申请轨道线路曲线要素检测装置，采用数据滤波进行预处理，对检测数据进行异常值修正以及抖动数据的消除，数据稳定，具有一定抗干扰能力；
29、(3)本申请轨道线路曲线要素检测装置，通过提取分段点，简化计算方式，仅需单次线路拟合，减少了计算耗时。
1.一种轨道线路曲线要素检测装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的轨道线路曲线要素检测装置，其特征在于：所述拟合模块(4)采用最小二乘法进行线段拟合。
3.根据权利要求1或2所述的轨道线路曲线要素检测装置，其特征在于：所述滤波模块(1)采用限幅滤波及滑动均值滤波进行数据滤波。
4.根据权利要求3所述的轨道线路曲线要素检测装置，其特征在于：所述滤波模块(1)按照设定的间隔对线路检测里程区间进行采样，并按照里程大小顺序对每处里程对应位置的各项轨道几何参数f(x)进行滤波处理。
5.根据权利要求4所述的轨道线路曲线要素检测装置，其特征在于：设定连续两次采样允许的最大偏差值为max，当所述滤波模块(1)检测到新采样值时，若判断本次采样值与前一次采样值之间的偏差≤max，则本次采样值有效；若本次采样值与前一次采样值之间的偏差>max，则本次采样值无效，并放弃本次采样值，而采用前一次采样值代替本次采样值。
6.根据权利要求5所述的轨道线路曲线要素检测装置，其特征在于：所述滤波模块(1)将连续获取的2m个采样值作为一个队列，所述队列的长度固定为2m，即滑动窗口大小，5≤m≤50；所述滤波模块(1)按照先进先出原则每次采样到一个新的数据写入队尾，并舍弃掉原来位于队首的一个数据，再将队列中的2m个数据进行算术平均运算，获得新的数据滤波结果。
7.根据权利要求6所述的轨道线路曲线要素检测装置，其特征在于，所述滤波模块(1)根据以下公式计算滤波后的数据：
8.根据权利要求1、2、4、5、6或7所述的轨道线路曲线要素检测装置，其特征在于：所述处理模块(2)对滤波后的数据进行分段处理，通过经验值设定相关轨道几何参数阈值，对每次数据进行判断，超过阈值的数据则处于曲线路段，未超过阈值则处于直线路段。
9.根据权利要求8所述的轨道线路曲线要素检测装置，其特征在于：所述处理模块(2)对滤波后的轨道几何参数数据进行判断，设定轨道几何参数阈值为rthre，若则里程n处于直线路段，若则里程n处于曲线路段。
10.根据权利要求9所述的轨道线路曲线要素检测装置，其特征在于：所述数据切分模块(3)提取数据中的分界点并进行数据切分，设曲线段的起点为a，终点为b，所述数据切分模块(3)寻找曲线段ab的中点并设为o，再分别寻找曲线段ao中距离直线段ao距离最大的点c，以及曲线段ob中距离直线段ob距离最大的点d；得到点c、d即为分界点，以此划分ac、db为缓和曲线，cd为圆曲线。
11.根据权利要求10所述的轨道线路曲线要素检测装置，其特征在于，所述拟合模块(4)根据轨道曲线类型建立如下连续分段线性函数模型：
12.根据权利要求10或11所述的轨道线路曲线要素检测装置，其特征在于，所述计算模块(5)计算的曲线特征点包括：计算前直线与前缓和曲线交点得到直缓点里程坐标(xzh,0)，计算前缓和曲线与圆曲线交点得到缓圆点里程坐标(xhy,bn)，计算圆曲线与后缓和曲线交点得到圆缓点里程坐标(xyh,bn)，计算后缓和曲线与后直线交点得到缓直点里程坐标(xhz,0)。
13.根据权利要求12所述的轨道线路曲线要素检测装置，其特征在于，所述输出模块(6)输出的曲线要素数据包括：起始里程xzh，终止里程xhz，曲线长度|xhz-xzh|，前缓和曲线长度|xhy-xzh|，后缓和曲线长度|xhz-xyh|，曲线半径曲线超高其中，l为半弦长，h为矢距值，xhy为缓圆点里程，xyh为圆缓点里程，xhz为缓直点里程，xzh为直缓点里程，为缓圆点超高，为圆缓点超高。
