钢轨磨耗综合参数快速测量研究

admin · 发表于 2023-9-25 15:30:57

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近年来随着高速铁路的发展和客货运输加大，钢轨磨损的速率逐年加快。钢轨磨耗大小直接决定钢轨是否需要打磨或更换，及时精确地测量出磨耗值对于钢轨的维护及行车安全非常重要。基于激光视觉的钢轨磨耗测量是机器视觉应用的一个重要领域，也代表着轨道几何参数测量的发展方向。论文围绕国家自然科学基金“路轨磨耗结构光视觉动态测量基础理论与关键技术研究”和国家自然科学基金仪器专项“路轨磨耗车载动态测试仪研究”展开工作，在了解国内外钢轨磨耗测量的基础上，对钢轨磨耗综合参数快速测量及提高测量鲁棒性进行研究，在激光光条中心快速提取方法、激光光平面与钢轨不垂直校正等方面取得进展，并参与设计了测量系统软件和硬件控制电路，在实验室搭建了实验平台，同时在济南铁路局进行了车载动态测量实验。论文完成的主要工作包括以下几个方面： 1. 分析了钢轨磨耗测量国内外研究现状及基于激光视觉的钢轨磨耗测量研究的意义，阐述了系统测量原理，建立了系统测量模型，同时给出摄像机模型及结构光视觉测量模型，确立了基于激光视觉的钢轨磨耗综合参数快速测量方法。 2. 研究了激光光条快速提取方法，提出了一种基于卡尔曼滤波和灰度最大值、灰度质心法、Hessian矩阵法相结合的激光光条中心快速精确提取方法。该方法在保证提取精度的同时，钢轨磨耗动态测量激光光条中心提取的鲁棒性及速度也得到提高。 3. 研究了激光光平面与钢轨不垂直校正方法，提出了一种基于几何投影的激光光平面与钢轨不垂直校正方法。该校正方法解决了传感器在安装及火车运行过程中造成的激光光平面与钢轨不垂直的题目，提高了钢轨磨耗测量精度。 4. 设计了信号采集控制单元硬件电路及控制软件。实现了对火车里程计信号采集、摄像机电源及触发控制、激光器功率及开关控制、与上位机通信等，为实现对钢轨等间隔测量奠定基础。 5. 参与完成了钢轨磨耗激光视觉测量软件设计、济南铁路局车载动态测量实验及实验室测量平台搭建。给出了标准钢轨实验室静态及动态测量结果、济南铁路局的车载动态测量结果，并对结果进行了分析。结果表明钢轨磨耗车载动态测试仪具有较高的测量精度及较快的测量速度。

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