本发明涉及一种系统，特别涉及一种复合式轨道路面自动清洁车系统。由发电与供电系统、轨道车辆底盘系统及传感器、视觉检测系统、高压空气系统、负压除尘系统、随动地面清洁系统、隧道壁面清扫系统和智能控制系统组成，发电与供电系统分别和轨道车辆底盘系统及传感器、视觉检测系统、高压空气系统、负压除尘系统、随动地面清洁系统、隧道壁面清扫系统、智能控制系统相连，轨道车辆底盘系统及传感器、视觉检测系统、高压空气系统、负压除尘系统、随动地面清洁系统、隧道壁面清扫系统分别和智能控制系统相连；与传统轨道清洁机相比，生产速度更快、安全度更高、清扫质量更彻底。
1.一种复合式轨道路面自动清洁车系统，由发电与供电系统、轨道车辆底盘系统及传感器、视觉检测系统、高压空气系统、负压除尘系统、随动地面清洁系统、隧道壁面清扫系统和智能控制系统组成，其特征在是：发电与供电系统分别和轨道车辆底盘系统及传感器、视觉检测系统、高压空气系统、负压除尘系统、随动地面清洁系统、隧道壁面清扫系统、智能控制系统相连，轨道车辆底盘系统及传感器、视觉检测系统、高压空气系统、负压除尘系统、随动地面清洁系统、隧道壁面清扫系统分别和智能控制系统相连；该复合式轨道路面自动清洁车系统由具有动力装置的车头牵引，在轨道行进过程中实现对轨道及隧道壁面的清洁，发电与供电系统主要由发电机和必要的外围供电模块构成，负责整个复合式轨道路面自动清洁车的电力供给；轨道车辆底盘系统安装有光电编码器，实现对复合式轨道路面自动清洁车行进车速的实时测量，以供智能控制系统调用；高压空气系统和负压除尘系统具有地面自适应清洁模式，能够最大限度地利用气流负压，采用吹吸装置的配合，有效的清除地面及隧道壁面的灰尘和垃圾；视觉检测系统安装在车辆底盘系统中，采用高清晰度摄像头对轨道路面进行实时扫描；智能控制系统根据视觉检测系统扫描到的轨道异物，实时的发出避障指令，随动地面清洁系统在利用负压除尘系统的气流负压实现对轨道路面除尘的同时，依托自身的自动升降系统实现对轨道异物的自动避障；隧道壁面清扫系统能够利用高压空气系统的高压气流实现对隧道壁面的清扫除尘，同时在复合式轨道路面自动清洁车的车头安装了清扫机械手，由智能控制系统实时控制，实现对隧道两侧壁面和隧道顶部的自动清扫；智能控制系统由中央控制PC机子系统与伺服控制PC机子系统构成，通过开发专用控制软件程序，中央控制PC机子系统能够实现对复合式轨道路面自动清洁车的状态监测、参数设定及系统控制；伺服控制PC机子系统主要用于实现对复合式轨道路面自动清洁车随动地面清洁系统的伺服控制，复合式轨道路面自动清洁车是干式轨道路面清洁系统，能够应用于地铁、城轨、火车轨道多种轨道路面，同时可用于隧道的自动清洁。
2.根据权利要求1所述的一种复合式轨道路面自动清洁车系统，其特征是：所述的视觉检测系统，采用带网络通信接口的高清CCD摄像头，主要用于对被扫描轨道路面的实时扫描，复合式轨道路面自动清洁车的底盘系统中，沿车宽度方向一共布置5台高清CCD摄像头，高清CCD摄像头将扫描的视频数据通过网络通信接口实时的发送到智能控制系统的子系统——伺服控制PC机子系统；另一方面，为了实现对轨道路面异物的精确定位和高度标定，利用一字线激光器作为定位基准，将一字线激光器固定于车辆底盘系统中，沿轨道垂直方向铅垂向下朝地面发射红色的激光线，这样能够实现在复合式轨道路面自动清洁车行进方向上的跨轨道宽度的实时自动扫描，由于一字线激光器是铅垂向下朝地面发射红色的激光线，因此，一字线激光器与随动地面清洁系统的吸尘装置之间的距离实际上就是轨道异物与随动地面清洁系统的吸尘装置之间的距离，智能控制系统采用轨道异物激光扫描定位标高方法，能够根据一字线激光器的激光线落在轨道和异物上的线高，将轨道路面异物的高度实时的测算出来。
3.根据权利要求1所述的一种复合式轨道路面自动清洁车系统，其特征是：所述的随动地面清洁系统包含随动避障子系统和吸尘清洁子系统；其中，随动避障子系统又包含控制卡和自动升降子系统，随动避障子系统分为两类，第一类随动避障子系统是采用研华多轴伺服运动控制卡驱动伺服电机实现的随动避障子系统，根据伺服控制PC机子系统依据视觉检测系统扫描计算出来的轨道路面异物的高度和距离，结合当前复合式轨道路面自动清洁车的行进车速，伺服控制PC机子系统自动计算出随动地面清洁系统的吸尘装置抬升的避让时间和抬升高度，并发出脉冲控制指令给研华多轴运动控制卡，由研华多轴运动控制卡输出脉冲指令给伺服控制器，伺服控制器驱动伺服电机旋转，与伺服电机输出轴连接的丝杠将伺服电机输出轴的旋转运动转换为丝杠在铅垂方向上的直线运动，从而实现安装在丝杠上的吸尘装置在遇到轨道异物时自动抬升、越过轨道异物后自动下降的自动避障功能；第二类随动避障子系统是采用开关量IO控制卡驱动电磁阀带动气缸实现的随动避障子系统，根据轨道异物高度的不同，系统采用了五级高度升降系统，能够自适应于不同高度的轨道异物来完成吸尘气缸在五个高度上的自动抬升与下降，这两类随动避障子系统一共有5个，沿复合式轨道路面自动清洁车的宽度方向均匀排布，其中，第一类随动避障子系统排布在复合式轨道路面自动清洁车的宽度方向的最外两侧，第二类随动避障子系统排布在复合式轨道路面自动清洁车的宽度方向的中心位置及次外两侧，这5个随动避障子系统能够实现对整个轨道路面的自动清洁和随动避障，从而提高了随动避障子系统的执行效率。
4.根据权利要求1所述的一种复合式轨道路面自动清洁车系统，其特征是：所述的隧道壁面清扫系统主要由两只清扫臂构成，清扫臂采用硬质塑料冲压而成，能够极大的减轻机械手系统的质量；两只清扫臂通过半开合螺母与联轴器安装在步进电动机的输出轴上，清扫臂末端装有清洁除尘装置，由步进电动机驱动清扫臂围绕各自的固定支点，在各自的清扫臂长度半径内实现对隧道两侧壁面及顶壁的吸尘与清扫；步进电动机驱动控制同样受智能控制系统的控制。
5.根据权利要求1所述的一种复合式轨道路面自动清洁车系统，其特征是：所述的智能控制系统由中央控制PC机子系统与伺服控制PC机子系统共同构成；其中，伺服控制PC机子系统一共有5台伺服控制PC机，分别对应于视觉检测系统中的5台高清CCD摄像头和随动地面清洁系统中的5个随动避障子系统，中央控制PC机子系统的PC机内安装了数据采集卡，主要用于对复合式轨道路面自动清洁车的环境参数、工作状态参数进行实时检测、显示和人机交互设定，目前检测的参数主要包括：光电编码器检测车速，温度传感器检测温度，湿度传感器检测湿度，灰尘度传感器检测灰尘度；伺服控制PC机子系统的PC机内安装了高清CCD摄像头专用以太网卡、研华多轴伺服运动控制卡或开关量IO控制卡，主要用于实现对视觉检测系统高清CCD摄像头视频图像信号的采集，计算自动升降子系统抬升吸尘装置的避让时间和抬升高度，以及对随动地面清洁系统的伺服电机和电磁阀的驱动控制；
采用通用的TCP/IP网络通信协议实现中央控制PC机子系统与伺服控制PC机子系统之间的实时网络通信，从而构成了主从式二级智能型控制系统。
复合式轨道路面自动清洁车系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种系统，特别涉及一种复合式轨道路面自动清洁车系统。
背景技术
[0002] 目前，随着车辆保有量的提高，城市交通中的轨道交通任务更加繁重，对轨道车辆的自动化控制、清洁保障等工作都有了更高的要求，上海地铁10号线的追尾在社会上影响极大，它主要是由于行车元件严重污损，造成控制系统失灵，不得不转为人工操作而造成的。所以轨道交通装备做好清扫维护工作，避免轨道交通车下设备的行车污染，对确保行车安全有着重要的作用。同时也具有较好的社会经济效益和安全效益。前段时间的高铁事故及地铁追尾充分证明，轨道交通的自动化程度和实时控制已经成为了亟待解决的关键技术问题。
[0003] 国内现有的轨道路面清洁车，每小时清洁里程最高不超过1.5公里。以北京城市地铁为例，截止2010年10月，通车9条线路，总计230公里。在地铁晚间停运时间清理，全部清扫一次需要1个月，这会造成地铁运行环境的持续恶化。究其原因，主要是由于在轨道周边环境比较复杂，路面及侧壁存在着停车信号装置、道标、通信及控制线缆、杂物等固定或非固定物体，采用自动机械难以躲避，极易发生碰撞事故，甚至直接造成器件损坏，而由于气（液）流体的特性，要保证清扫的效果，去污处理口要与路面环境尽量一致，即保证对路面的拟合性。所以要完成自动化隧道清扫工作，清扫装置对路面及障碍物的柔性拟合技术是必不可少的。这一工作涉及到机器视觉实时检测技术、柔性机械结构设计技术、自动控制技术、液压气动流体技术及道路数据库技术等。
[0004] 国际上生产高质高速清扫装置的主要厂家有英国的JOHNSTON公司、美国ELGIN公司，丹麦Beam公司等，长期居于垄断地位，并实行技术和专利封锁。国外清扫车一直在提高其机电一体化水平，以美国ELGIN清扫车为例，其采用智能化的控制，清扫车功能动作设计有57项之多，内容包括了清扫车工作过程中所遇到的一切问题，具有清洗与吸水功能 、喷洒水功能 、吸泥管抽吸功能、垃圾箱倾倒功能、警示功能、记忆功能、自保护功能、检测功能等。
[0005] 国外采用公、铁两用清扫车，主要应用于道床、路基、隧道及轨道槽等部位的清洁。在欧洲，美洲，亚洲等世界范围内被广泛使用。但它只能适用于无台阶、相对较为平整的路面或道床，而对国内地铁隧道支承块式整体道床无法使用。国内现有的隧道水冲洗车，一般利用两套高压水泵单元，用喷洒雾状水清除扬尘，高压水冲洗轨道顽渍，冲洗接触网绝缘节，完成隧道内全面清洁。这样的高压水冲洗带来的次生灾害更为严重。
[0006] 随着我国国民经济的发展，有效利用能源，减少环境污染、降低安全事故频次，防止突发环境事件，确保生命安全的重要性日益凸现。制定并执行环保政策和措施，致在保护环境的同时改善人民的生活质量，已经成为我国民生工程的关注点。然而，由于城轨车辆运行在隧道内恶劣环境下，尤其是新建隧道或经使用一定时期后，在运行的线路上，道床内和隧道断面壁上将积满灰尘，直接危及列车的运行安全和旅客出行的舒适环境。为此，城轨车辆运行前必须对新建隧道进行全面清扫，同时运行一定时期后，为保持舒适安全的运行环境还需要对隧道进行定期维护和清理。轨道交通装备做好清扫维护工作，避免轨道交通车下设备的行车污染，对确保行车安全及为旅客出行提供一个舒适的环境有着重要的作用。综上所述，铁路隧道除尘清洁车的开发可以打破国外在轨道清洁装备上的垄断地位，具有极大的经济效益和社会安全效益。
发明内容
[0007] 本发明所要解决的技术问题是：设计一种具有自动化、智能化的复合式轨道路面自动清洁车系统，能够对清洁过程中隧道的地面、两侧面状况进行实时检测，如遇到台阶、电气信号设备等障碍时，能及时发出信号，使吸尘装置能自动的同步升降，以及时避让这些设备设施；同时设置机械手，对地面垃圾、异物等进行数据或图像的采集、分析分类后，对典型的垃圾进行选择性地收集处理；能对给出地面卫生状况的判断。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是: 本发明由发电与供电系统、轨道车辆底盘系统及传感器、视觉检测系统、高压空气系统、负压除尘系统、随动地面清洁系统、隧道壁面清扫系统和智能控制系统组成，发电与供电系统分别和轨道车辆底盘系统及传感器、视觉检测系统、高压空气系统、负压除尘系统、随动地面清洁系统、隧道壁面清扫系统、智能控制系统相连，轨道车辆底盘系统及传感器、视觉检测系统、高压空气系统、负压除尘系统、随动地面清洁系统、隧道壁面清扫系统分别和智能控制系统相连；本发明由具有动力装置的车头牵引，在轨道行进过程中实现对轨道及隧道壁面的清洁。发电与供电系统主要由发电机和必要的外围供电模块构成，负责整个复合式轨道路面自动清洁车的电力供给；轨道车辆底盘系统安装有光电编码器，实现对复合式轨道路面自动清洁车行进车速的实时测量，以供智能控制系统调用；高压空气系统和负压除尘系统具有地面自适应清洁模式，能够最大限度地利用气流负压，采用吹吸装置的配合，有效的清除地面及隧道壁面的灰尘和垃圾；视觉检测系统安装在车辆底盘系统中，采用高清晰度摄像头对轨道路面进行实时扫描；智能控制系统根据视觉检测系统扫描到的轨道异物，实时的发出避障指令，随动地面清洁系统在利用负压除尘系统的气流负压实现对轨道路面除尘的同时，依托自身的自动升降系统在智能控制系统的控制下实现对轨道异物的自动避障；隧道壁面清扫系统能够利用高压空气系统的高压气流实现对隧道壁面的清扫除尘，同时在复合式轨道路面自动清洁车的车头安装了清扫机械手，由智能控制系统实时控制，实现对隧道两侧壁面和隧道顶部的自动清扫；智能控制系统由中央控制PC机子系统与伺服控制PC机子系统构成，通过开发专用控制软件程序，中央控制PC机子系统能够实现对复合式轨道路面自动清洁车的状态监测、参数设定及系统控制；伺服控制PC机子系统主要用于实现对复合式轨道路面自动清洁车随动地面清洁系统的伺服控制。复合式轨道路面自动清洁车是干式轨道路面清洁系统，能够应用于地铁、城轨、火车轨道等多种轨道路面，同时可用于隧道的自动清洁。
[0009] 由于采用上述技术方案，本发明所具有的优点和积极效果是：采用了大功率真空吸尘系统，将垃圾及灰尘带出了封闭的隧道系统，从而避免了采用水系统清洁后，出现的垃圾灰尘继续在隧道系统循环的“清”而不“洁”的问题，更避免了采用水清洁系统出现的对电器设备的损害问题；另一方面，本发明通过机器视觉检测技术、计算机闭环控制，运用“激光轮廓断面”，“机器视觉反馈”、“并行式计算”及“自适应柔性机构”等技术，攻克轨道交通的周边障碍物的实时检测及反馈全数字控制核心技术，有效解决影响轨道清洁车的施工效率及限制其工作环境的问题，构建推进高速高质安全清扫机械产业化进程的整机设计技术和精密反馈技术。与传统轨道清洁机相比生产速度更快、安全度更高、清扫质量更彻底。
附图说明
[0010] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0011] 图1是本发明的总系统结构示意图。
[0012] 图2是本发明的视觉检测系统结构示意图。
[0013] 图3是本发明的视觉检测系统轨道异物激光扫描定位标高方法流程图。
[0014] 图4是本发明的随动地面清洁系统结构示意图。
[0015] 图5是本发明的智能控制系统结构示意图。
[0016] 图6是本发明的智能控制系统程序控制方法流程图。
[0017] 图7是本发明的智能控制系统程序人机交互界面图。
具体实施方式
[0018] 在图1中，本发明由发电与供电系统、轨道车辆底盘系统、视觉检测系统、高压空气系统、负压除尘系统、随动地面清洁系统、隧道壁面清扫系统和智能控制系统构成。本发明由具有动力装置的车头牵引，在轨道行进过程中实现对轨道及隧道壁面的清洁。发电与供电系统主要由发电机和必要的外围供电模块构成，负责整个复合式轨道路面自动清洁车的电力供给；轨道车辆底盘系统安装有光电编码器，实现对复合式轨道路面自动清洁车行进车速的实时测量，以供智能控制系统调用；高压空气系统和负压除尘系统具有地面自适应清洁模式，能够最大限度地利用气流负压，采用吹吸装置的配合，有效的清除地面及隧道壁面的灰尘和垃圾；视觉检测系统安装在车辆底盘系统中，采用高清晰度摄像头对轨道路面进行实时扫描；智能控制系统根据视觉检测系统扫描到的轨道异物，实时的发出避障指令，随动地面清洁系统在利用负压除尘系统的气流负压实现对轨道路面除尘的同时，依托自身的自动升降系统实现对轨道异物的自动避障；隧道壁面清扫系统能够利用高压空气系统的高压气流实现对隧道壁面的清扫除尘，同时在复合式轨道路面自动清洁车的车头安装了清扫机械手，由智能控制系统实时控制，实现对隧道两侧壁面和隧道顶部的自动清扫；智能控制系统由中央控制PC机子系统子系统与伺服控制PC机子系统构成，通过开发专用控制软件程序，中央控制PC机子系统能够实现对复合式轨道路面自动清洁车的状态监测、参数设定及系统控制；伺服控制PC机子系统主要用于实现对复合式轨道路面自动清洁车随动地面清洁系统的伺服控制。复合式轨道路面自动清洁车是干式轨道路面清洁系统，能够应用于地铁、城轨、火车轨道等多种轨道路面，同时可用于隧道的自动清洁。
[0019] 在图2中，视觉检测系统采用带网络通信接口的高清CCD摄像头，主要用于对被扫描轨道路面的实时扫描。复合式轨道路面自动清洁车的底盘系统中，沿车宽度方向一共布置5台高清CCD摄像头。高清CCD摄像头将扫描的视频数据通过网络通信接口实时的发送到智能控制系统的子系统——伺服控制PC机子系统；另一方面，为了实现对轨道路面异物的精确定位和高度标定，利用一字线激光器作为定位基准，将一字线激光器固定于车辆底盘系统中，沿轨道垂直方向铅垂向下朝地面发射红色的激光线，这样能够实现在复合式轨道路面自动清洁车行进方向上的跨轨道宽度的实时自动扫描。由于一字线激光器是铅垂向下朝地面发射红色的激光线，因此，一字线激光器与随动地面清洁系统的吸尘装置之间的距离实际上就是轨道异物与随动地面清洁系统的吸尘装置之间的距离。智能控制系统采用轨道异物激光扫描定位标高方法，能够根据一字线激光器的激光线落在轨道和异物上的线高，将轨道路面异物的高度实时的测算出来。
[0020] 根据当前复合式轨道路面自动清洁车的行进车速，以及轨道异物与随动地面清洁系统的吸尘装置之间的距离，智能控制系统能够自动计算出地面随动清洁系统的吸尘装置所需要的抬升高度及抬升时间等数据信息，从而实现随动地面清洁系统的吸尘装置快速避障。
[0021] 所述的轨道异物激光扫描定位标高方法，该方法步骤如下：
[0022] (1).伺服控制PC机子系统自检，并进行系统参数的初始化设置；
[0023] (2).伺服控制PC机子系统开始采集视觉检测系统高清CCD摄像头的视频图像信号，将一字激光线作为基准特征线，采集一字激光线打在轨道上的视频图像信号；
[0024] (3).伺服控制PC机子系统程序对轨道视频图像信号并经过数据平滑、数据滤波、数据去噪、颜色模式转换、颜色识别等一系列信号处理之后，获取轨道的像素数据；
[0025] (4).寻找轨道像素特征值的极大值和极小值，计算轨道的特征像素高度，并将轨道的特征像素高度与轨道实际高度(国标)进行对比，从而完成轨道高度标定；
[0026] (5).采集一字激光线打在轨道异物上的视频图像信号，同样经过步骤(3)的信号处理，获取轨道异物的特征像素数据，并按比例法实时计算出轨道异物的实际高度，从而实现对轨道异物的高度测量。
[0027] 在图3中，当系统上电后，伺服控制PC机子系统首先进行自检，以及相关系统参数的初始化，之后按照如下步骤进行视频图像的采集、处理和分析：
[0028] (1). 系统借助于高清CCD摄像头专用的以太网卡实现对视频图像数据的采集和传输；
[0029] (2). 调用视频图像信号处理子程序，主要包括数据平滑、数据滤波、数据去噪、颜色模式转换以及颜色识别等步骤，之后便得到轨道特征像素数据；
[0030] (3). 对处理后的轨道特征像素数据寻找极值，包括寻找特征像素极大值和极小值，从而获得轨道的像素高度，并与国家标准值进行比较，完成轨道高度的标定；
[0031] (4). 对所采集的视频图像信号，寻找轨道范围内的异物，再次调用视频图像信号处理子程序，获取轨道异物的特征像素数据；
[0032] (5). 对处理后的轨道异物特征像素数据寻找极值，包括寻找特征像素极大值和极小值，从而获得轨道异物的像素高度；
[0033] (6). 根据之前轨道高度标定得到的轨道像素高度和轨道国家标准值的比例系数，系统可以测算出轨道异物的实际高度；
[0034] (7). 根据轨道异物的实际高度，复合式轨道路面自动清洁车当前的行进车速，以及随动地面清洁系统吸尘装置与轨道异物之间的距离，能够测算出随动地面清洁系统的自动升降系统的抬升高度，从而能够驱动自动升降系统主动抬升吸尘装置实现对轨道异物的避障。
[0035] 在图4中，随动地面清洁系统包含随动避障子系统和吸尘清洁子系统；其中，随动避障子系统又包含控制卡和自动升降子系统。随动避障子系统分为两类，第一类随动避障子系统是采用研华多轴伺服运动控制卡驱动伺服电机实现的随动避障子系统，根据伺服控制PC机子系统依据视觉检测系统扫描计算出来的轨道路面异物的高度和距离，结合当前复合式轨道路面自动清洁车的行进车速，伺服控制PC机子系统自动计算出随动地面清洁系统的吸尘装置抬升的避让时间和抬升高度，并发出脉冲控制指令给研华多轴运动控制卡，由研华多轴运动控制卡输出脉冲指令给伺服控制器，伺服控制器驱动伺服电机旋转，与伺服电机输出轴连接的丝杠将伺服电机输出轴的旋转运动转换为丝杠在铅垂方向上的直线运动，从而实现安装在丝杠上的吸尘装置在遇到轨道异物时自动抬升、越过轨道异物后自动下降的自动避障功能；第二类随动避障子系统是采用开关量IO控制卡驱动电磁阀带动气缸实现的随动避障子系统，根据轨道异物高度的不同，系统采用了五级高度升降系统，能够自适应于不同高度的轨道异物来完成吸尘气缸在五个高度上的自动抬升与下降。这两类随动避障子系统一共有5个，沿复合式轨道路面自动清洁车的宽度方向均匀排布，其中，第一类随动避障子系统排布在复合式轨道路面自动清洁车的宽度方向的最外两侧，第二类随动避障子系统排布在复合式轨道路面自动清洁车的宽度方向的中心位置及次外两侧，这5个随动避障子系统能够实现对整个轨道路面的自动清洁和随动避障，从而提高了随动避障子系统的执行效率。
[0036] 所述的隧道壁面清扫系统主要由两只清扫臂构成，清扫臂采用硬质塑料冲压而成，能够极大的减轻机械手系统的质量；两只清扫臂通过半开合螺母与联轴器安装在步进电动机的输出轴上，清扫臂末端装有清洁除尘装置，由步进电动机驱动清扫臂围绕各自的固定支点，在各自的清扫臂长度半径内实现对隧道两侧壁面及顶壁的吸尘与清扫；步进电动机驱动控制同样受智能控制系统的控制。
[0037] 在图5中，智能控制系统由中央控制PC机子系统与伺服控制PC机子系统共同构成；其中，伺服控制PC机子系统一共有5台伺服控制PC机，分别对应于视觉检测系统中的5台高清CCD摄像头和随动地面清洁系统中的5个随动避障子系统。中央控制PC机子系统的PC机内安装了数据采集卡，主要用于对复合式轨道路面自动清洁车的环境参数、工作状态参数进行实时检测、显示和人机交互设定，目前检测的参数主要包括：光电编码器检测车速，温度传感器检测温度，湿度传感器检测湿度，灰尘度传感器检测灰尘度；伺服控制PC机子系统的PC机内安装了高清CCD摄像头专用以太网卡、研华多轴伺服运动控制卡或开关量IO控制卡，主要用于实现对视觉检测系统高清CCD摄像头视频图像信号的采集，计算自动升降子系统抬升吸尘装置的避让时间和抬升高度，以及对随动地面清洁系统的伺服电机和电磁阀的驱动控制；采用通用的TCP/IP网络通信协议实现中央控制PC机子系统与伺服控制PC机子系统之间的实时网络通信，从而构成了主从式二级智能型控制系统。
[0038] 在图6中，程序控制方法如下：
[0039] (1). 智能控制系统程序分为中央控制PC机子系统程序和伺服控制PC机子系统程序，二者之间通过TCP/IP协议进行网络通信，从而实现程序数据信息的传输；
[0040] (2). 智能控制系统上电后，中央控制PC机子系统程序和伺服控制PC机子系统程序都进行初始化，主要进行程序自检、程序变量清零或恢复初始设置值等任务；
[0041] (3). 中央控制PC机子系统程序通过数据采集卡实时采集来自于各传感器的检测数据，其中，将光电编码器检测到的脉冲信号经过数据分析处理后转换为车速信号，并进行存储；同时，程序将所存储的车速信号在智能控制系统的人机交互界面上进行实时显示；另一方面，中央控制PC机子系统程序通过网络通信协议将车速信号传输给伺服控制PC机子系统程序；
[0042] (4). 伺服控制PC机子系统程序通过视频采集卡实时采集来自于高清CCD摄像头的视频信号，经过数据分析处理后进行存储；同时，程序将所存储的视频信号通过网络通信协议在中央控制PC机子系统的人机交互界面上进行实时显示；
[0043] (5). 伺服控制PC机子系统程序根据高清CCD摄像头所采集到的视频图像，采用轨道异物激光扫描定位标高方法判断当前行车方向轨道内是否有障碍物，并自动计算障碍物高度；
[0044] (6). 伺服控制PC机子系统程序得到轨道异物的高度，并根据所接收到的来自于中央控制PC机子系统程序发送的车速信号，结合当前复合式轨道路面自动清洁车吸尘装置的高度计算出避让时间，并将控制指令传输给伺服控制PC机子系统中的研华多轴伺服运动控制卡或开关量IO控制卡；
[0045] (7). 研华多轴运动控制卡或开关量IO控制卡根据所接收到的指令，输出相应的控制脉冲信号，使伺服电机或电磁阀带动气缸执行自动升降动作，从而实现对轨道异物的避让；
[0046] (8). 当操作人员启动隧道壁面清扫系统时，伺服控制PC机子系统程序会发出相应的控制指令给隧道壁面清扫系统的步进电机，通过驱动步进电机实现对清扫臂的控制，从而实现对隧道两侧壁面及顶壁的吸尘与清扫。
[0047] 在图7中，智能控制系统程序人机交互界面图，主要由高清CCD摄像头视频画面、参数显示和系统设置三个窗口组成。高清CCD摄像头视频画面窗口用于显示高清CCD摄像头所拍摄到的视频画面，视频图像源可以视频源进行选择，任一点选某个Camero，图框中便会显示相应摄像头的拍摄画面；Camero State用于显示连接高清CCD摄像头的状态，当连接成功时会显示“Conect Successfully”，当连接失败时会显示“Conect Failed”。参数显示窗口主要用于实时显示传感器检测到的参数，包括行进车速、当前温度、当前湿度和当前灰尘度。系统设置窗口主要包含了高清CCD摄像头控制、通信参数设置、研华多轴伺服运动控制卡设置、隧道清扫机械臂控制及手动调试设置等五个部分。高清CCD摄像头控制用于对摄像头的控制，主要能够实现打开摄像头、采集视频图像，并手动划定视频图像检测区域，以实现对轨道及异物的自动识别和高度计算等任务；当停止采集后，程序停止采集视频图像数据，但摄像头仍能够正常工作；通信参数设置主要能够实现通讯端口的选择，以及对通讯端口的操作：打开和关闭操作，以实现中央控制PC机子系统和伺服控制PC机子系统之间的网络通信；研华多轴伺服运动控制卡设置主要能够完成伺服模式设置和运动轴选项，伺服模式设置包括CW/CCW(正反转)和Pulse+Direction(脉冲+方向)两种模式的选择，而运动轴选项则可以对相应的运动轴进行选择；隧道清扫机械臂控制主要用于启动和停止机械臂，以实现对隧道壁面的清扫；手动调试设置主要能够实现开关量IO控制卡的脉冲测试和轨道高度的标定测试，这两个手动测试能够检测网络通信是否正常、开关量IO控制卡是否正常以及轨道异物激光扫描定位标高方法是否正常。
