【摘要】：軌道車輛的安全運(yùn)行要有穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)作為保障。線路全斷面信息指道床斷面、橋隧道輪廓以及接觸網(wǎng)高度等,及時(shí)掌握全斷面信息是保障軌道交通運(yùn)行安全的基礎(chǔ)。隨著電氣化線路增多以及運(yùn)營(yíng)里程不斷攀升,傳統(tǒng)的人工接觸式測(cè)量已經(jīng)不能滿足軌道交通現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求。本文基于自主設(shè)計(jì)的手推式軌道檢測(cè)小車研發(fā)了一套手推車載式線路全斷面檢測(cè)系統(tǒng),以激光測(cè)距傳感器為主要測(cè)量部件,采用激光測(cè)距法檢測(cè)線路全斷面信息,并應(yīng)用于鋼軌磨耗檢測(cè)牙和鐵路建筑限界侵限檢測(cè),為線路的維修養(yǎng)護(hù)提供依據(jù)。論文介紹了手推車載式線路全斷面檢測(cè)系統(tǒng)的整體方案,檢測(cè)裝置安裝在人工推行的軌道檢測(cè)小車上,在行進(jìn)過(guò)程中對(duì)線路全斷面信息進(jìn)行采集,并對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和圖形化顯示。系統(tǒng)以激光測(cè)距傳感器為主要測(cè)量部件,通過(guò)測(cè)量被測(cè)物體與傳感器的空間位置關(guān)系,經(jīng)過(guò)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換獲得軌道基準(zhǔn)坐標(biāo)系下的線路全斷面信息。為實(shí)現(xiàn)全斷面信息與線路位置對(duì)應(yīng),系統(tǒng)加入了基于編碼器的走行定位功能,將斷面信息與檢測(cè)小車的位置信息進(jìn)行融合,形成線路全斷面的數(shù)據(jù)模型,實(shí)現(xiàn)線路全斷面的檢測(cè)。在獲取線路全斷面信息后,論文主要研究了基于全斷面信息的鋼軌磨耗檢測(cè)和鐵路建筑限界侵限檢測(cè)問題。針對(duì)鋼軌磨耗檢測(cè)問題,論文提出了結(jié)合自適應(yīng)平滑濾波和改進(jìn)ICP算法的鋼軌輪廓配準(zhǔn)算法。首先通過(guò)坐標(biāo)變換將多個(gè)激光三角傳感器采集鋼軌廓形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到同一鋼軌坐標(biāo)系,然后采用自適應(yīng)平滑濾波方法進(jìn)行平滑處理通過(guò)改進(jìn)的ICP算法將采集鋼軌輪廓與標(biāo)準(zhǔn)鋼軌輪廓進(jìn)行配準(zhǔn),根據(jù)鋼軌磨耗定義在對(duì)應(yīng)的磨耗點(diǎn)位置計(jì)算鋼軌磨耗,并根據(jù)磨耗大小對(duì)傷損情況進(jìn)行判別。針對(duì)鐵路建筑限界侵限檢測(cè)問題,論文提出把限界侵限檢測(cè)問題轉(zhuǎn)換為點(diǎn)與多邊形位置關(guān)系的幾何問題。利用激光掃描傳感器對(duì)除車底外300°范圍內(nèi)的斷面進(jìn)行采集,將采集范圍內(nèi)的物體輪廓還原到軌道基準(zhǔn)坐標(biāo)系下。通過(guò)射線判別法判斷采集輪廓點(diǎn)是否在限界多邊形內(nèi)部以判斷是否存在侵限情況,如果存在侵限,計(jì)算侵限點(diǎn)距離多邊形最近距離作為侵限值。為驗(yàn)證系統(tǒng)的性能,將本論文設(shè)計(jì)的手推車載式線路全斷面檢測(cè)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境以及鐵道科學(xué)研究院環(huán)形鐵路綜合試驗(yàn)基地進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)可以有效地采集線路全斷面信息,對(duì)鋼軌磨耗的檢測(cè)精度可達(dá)±0.10mm,對(duì)隧道輪廓的檢測(cè)精度在土4mm之內(nèi),能夠?qū)τ谇窒尬矬w進(jìn)行有效判斷,滿足現(xiàn)場(chǎng)使用需求。
【圖文】：

Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｇａｕｇｅ邋ｆｏｒ邋ｓｔａｎｄａｒｄ邋ｇａｕｇｅ邋ｒａｉｌｗａｙｓ逡逑鐵路沿線的建筑和設(shè)備情況復(fù)雜，包括多種類型的建筑物及設(shè)備等［２１］。這些逡逑實(shí)際的建筑限界限制了列車能否在線路上能否正常通行。鐵路建筑限界上任意一逡逑個(gè)位置發(fā)生侵限現(xiàn)象都會(huì)對(duì)列車的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重影響，構(gòu)成安全隱患，并且逡逑它的變化受人為自然環(huán)境影響較大，處于動(dòng)態(tài)變化的情況，需要定期對(duì)建筑限界逡逑進(jìn)行檢測(cè)［２２］。早期的建筑限界檢測(cè)使用接觸式測(cè)量技術(shù)，通過(guò)遇到障礙會(huì)自動(dòng)發(fā)逡逑生偏移的觸手沿線進(jìn)行建筑限界侵限檢測(cè)。隨著電氣化鐵路的發(fā)展，這種方法影逡逑響鐵路正常運(yùn)行的弊端突顯，因此本文同樣采用基于激光測(cè)距原理的非接觸式測(cè)逡逑量方法檢測(cè)建筑限界侵限。激光掃描測(cè)距技術(shù)盡管精度相對(duì)于激光三角測(cè)距技術(shù)逡逑較低，但是能夠?qū)崿F(xiàn)快速連續(xù)檢測(cè)，滿足建筑限界的日常檢查需求［２３］，，因此本文逡逑設(shè)計(jì)了基于激光掃描測(cè)距的建筑限界檢測(cè)系統(tǒng)。逡逑１．３線路全斷面的檢測(cè)原理逡逑

邐（ｂ）斜射式結(jié)構(gòu)逡逑１－激光器２－匯聚透鏡３－被測(cè)表面４－接收透鏡５－光電探測(cè)器逡逑圖１－３激光三角原理圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｌａｓｅｒ邋ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ邋ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ逡逑斜射式三角法測(cè)量原理圖見圖１－３邋（ｂ）。激光發(fā)射器１出射的激光與被測(cè)物體逡逑３的法線呈一定角度入射，經(jīng)過(guò)被測(cè)物體反射過(guò)后，通過(guò)鏡頭４在光電探測(cè)器ＣＣＤ５逡逑上呈像，若像在ＣＣＤ上移動(dòng)Ｘ＇，則物體表面沿法線方向的移動(dòng)距離ｘ為逡逑工＝邐邐邋（１．２）逡逑ｂｓｉｎ（０｝邋＋０２）邋—邋ｘｒｃｏｓ（Ｏｌ邋－＼－０２）逡逑式中，＾為入射激光與被測(cè)物體３法線方向的夾角；＆為出射激光與被測(cè)物逡逑體３法線方向的夾角。逡逑＇邐ｉ面兩種方式描述了單個(gè)點(diǎn)的測(cè)量方式，涉及到多個(gè)點(diǎn)的測(cè)量或者被測(cè)物體逡逑輪廓線的測(cè)量需要利用激光三角法面形測(cè)量�；驹硎抢镁�性激光投射在被逡逑測(cè)物體上形成一道光帶，在被測(cè)物體表面反射后，在ＣＣＤ光電探測(cè)器上形成一道逡逑激光圖像，激光發(fā)射器、ＣＣＤ光電探測(cè)器與被測(cè)物體構(gòu)成三角形關(guān)系，利用幾何逡逑學(xué)方法可以計(jì)算出被測(cè)物體的空間位置或坐標(biāo)，其原理如圖１－４所示。其中，點(diǎn)逡逑Ｐ（ｘ
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U298;U216.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王芳其;劉永華;劉秋卓;郭鴻雁;;非接觸式三維紅外掃描車載系統(tǒng)在隧道定期檢測(cè)中的應(yīng)用[J];公路交通技術(shù);2015年06期

2 周萍;卞士挺;章程;;基于改進(jìn)ICP算法的點(diǎn)云配準(zhǔn)研究[J];測(cè)繪技術(shù)裝備;2015年02期

3 占棟;于龍;肖建;盧明舫;;鋼軌輪廓全斷面檢測(cè)中軌廓?jiǎng)討B(tài)匹配方法研究[J];鐵道學(xué)報(bào);2015年05期

4 范宇;;SY C-1型鐵路建筑限界檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J];中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品;2014年10期

5 占棟;于龍;邱存勇;肖建;陳唐龍;;鋼軌輪廓測(cè)量中的車體振動(dòng)補(bǔ)償問題研究[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2013年07期

6 占棟;于龍;肖建;陳唐龍;;軌道檢測(cè)中激光攝像式傳感器標(biāo)定方法研究[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2013年16期

7 仲崇成;李恒奎;李鵬;曹源;張玉琢;;高速綜合檢測(cè)列車綜述[J];中國(guó)鐵路;2013年06期

8 喬海軍;;鐵路線路大型檢測(cè)與養(yǎng)護(hù)裝備綜述[J];中小企業(yè)管理與科技(下旬刊);2013年03期

9 吳祿慎;李_g雯;陳華偉;萬(wàn)露萍;;基于圖像區(qū)域劃分的軌道缺陷自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)研究[J];激光與紅外;2012年05期

10 劉維楨;孫淑杰;;基于激光掃描技術(shù)的鐵路限界檢測(cè)系統(tǒng)[J];鐵路技術(shù)創(chuàng)新;2012年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 余祖俊;軌道交通線路幾何安全狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)研究[D];北京交通大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉恒;鋼軌磨耗測(cè)量及軌面?zhèn)麚p實(shí)時(shí)檢測(cè)方法與軟件實(shí)現(xiàn)[D];暨南大學(xué);2016年

2 張繼科;便攜式軌道幾何檢測(cè)系統(tǒng)研究[D];北京交通大學(xué);2014年

3 李冬;基于機(jī)器視覺的鋼軌磨耗檢測(cè)系統(tǒng)研究[D];南京航空航天大學(xué);2013年

4 張玉梅;路軌兩棲綜合檢測(cè)車車體姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)研究[D];北京交通大學(xué);2011年

5 劉玉;車載式線路全斷面檢測(cè)系統(tǒng)研究[D];北京交通大學(xué);2010年

6 王金寶;鐵路超限貨物運(yùn)輸徑路選擇研究[D];北京交通大學(xué);2009年

7 唐艷麗;圖像處理技術(shù)在鐵路限界檢測(cè)中的應(yīng)用[D];西南交通大學(xué);2008年

8 楊婭楠;車載線路全斷面檢測(cè)及管理信息系統(tǒng)研究[D];北京交通大學(xué);2008年

9 王新國(guó);便攜式軌道檢測(cè)車[D];南京理工大學(xué);2008年

10 趙潔婷;車載線路全斷面動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)研究[D];北京交通大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2711835