基于圖像處理的列車輪軌接觸關系研究
發(fā)布時間：2021-11-21 18:42
輪軌接觸關系的研究是鐵路交通安全運輸?shù)谋匾n題之一。我國鐵路高速、重載的發(fā)展趨勢直接導致輪軌間的動態(tài)相互作用加劇,嚴重影響車輛系統(tǒng)的安全性和平穩(wěn)性,一旦列車發(fā)生脫軌,會造成生命財產(chǎn)的巨大損失。因此必須重視列車輪軌接觸關系研究問題,并積極探索解決脫軌問題的有效方法和路徑。由于輪軌接觸關系復雜且決定列車是否脫軌的因素眾多,本文采用圖像處理技術和多傳感器數(shù)據(jù)融合技術對列車輪軌接觸狀態(tài)進行跟蹤處理,預測的動態(tài)脫軌系數(shù)用于指導列車的安全運行,研究內(nèi)容如下:（1）根據(jù)輪軌接觸幾何狀態(tài)的特點,按照位移量和接觸點的不同建立了道岔區(qū)和無岔區(qū)輪軌接觸模型,結合車載攝像機采集到輪軌接觸區(qū)圖像特征以及爬軌實驗中車輪抬升量隨時間變化曲線圖,以輪軌中心線相對位移量的不同對輪軌接觸狀態(tài)進行了安全等級分類,確立了位移量脫軌評判準則。（2）建立相機成像的幾何模型,通過實驗與計算求解幾何模型參數(shù)對攝像系統(tǒng)進行標定。采用一種綜合徑向畸變、切向畸變和薄棱鏡畸變因素的兩步標定算法,通過求解出內(nèi)外參數(shù)和多次迭代逼近,在Matlab仿真平臺中運行標定算法,標定結果精度和實時性優(yōu)于張氏標定法,對現(xiàn)場實際采集的無標定過程的無岔區(qū)與道岔...
【文章來源】：蘭州交通大學甘肅省
【文章頁數(shù)】：61 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
脫軌事故現(xiàn)場圖
基于圖像處理的列車輪軌接觸關系研究-6-SergioM提出了一種分析兩點輪軌接觸情況的的剛性接觸方法，該方法使用簡化的基于約束的接觸方法來分析兩點輪軌接觸情況。所提出的方法利用了KEC約束條件進行計算，其中單點軌道與等效車輪輪廓接觸，并提供了等效輪廓和實際輪廓中接觸點位置之間的精確關系[32]。1.3論文的主要研究內(nèi)容本文在輪軌幾何接觸關系的研究基礎上，針對目前輪軌接觸研究多采用動力學仿真和數(shù)學建模的方式，不具備監(jiān)測輪軌實時接觸狀態(tài)的問題，采用車載攝像機實時獲取輪軌接觸圖像幀，對采集的圖像進行分割獲取位移特征量�？紤]到輪軌接觸關系的復雜性，融合多傳感器數(shù)據(jù)來預測出列車脫軌系數(shù)，改善了僅有單一因素位移量評判列車運行安全性的問題。論文的主要研究內(nèi)容分為以下兩個部分：(1)對象分析。查閱資料，結合車輪踏面及鋼軌的相關參數(shù)，建立道岔區(qū)和無岔區(qū)輪軌接觸模型，并確定位移量安全評判標準。明確列車車載攝像裝置應具備的指標，根據(jù)攝像裝置的設置位置和記錄圖像的特征，得到提取目標需要解決的關鍵問題。(2)算法實現(xiàn)。根據(jù)分析得到的關鍵問題，采用攝像系統(tǒng)標定、圖像預處理、特征提取和決策識別四個模塊來實現(xiàn)算法功能，完成數(shù)據(jù)的提娶輪軌接觸關系及脫軌系數(shù)預測過程。1.4論文基本框架本文整體結構框圖如圖1.2所示。圖1.2本文整體結構框圖本文論文結構安排：第1章：緒論。針對目前國內(nèi)外輪軌接觸和脫軌研究現(xiàn)狀上分析現(xiàn)有研究的優(yōu)缺點，
基于圖像處理的列車輪軌接觸關系研究-8-2輪軌接觸幾何狀態(tài)研究輪對將兩個車輪邊緣嵌在鋼軌的軌頂部分，車輪輪緣和軌頂面并保留一定的間隙，車輪踏面為車輪與軌頂面接觸的部分[33,34]。為研究輪軌接觸狀態(tài)及實時監(jiān)測識別列車脫軌，首先要研究輪軌接觸的幾何關系。在二維空間中，無岔區(qū)輪軌接觸橫截面的幾何關系如圖2.1所示。圖2.1無岔區(qū)輪軌接觸橫截面幾何關系圖中，0-XYZ為轉向架坐標系，o-xyz為線路中心坐標系。β為線路軌底坡。道區(qū)輪軌接觸橫截面的幾何關系如圖2.2所示。圖2.2道岔區(qū)輪軌接觸橫截面幾何關系道岔轉轍器[35-37]部件鋼軌包括尖軌與基本軌，0-XYZ為轉向架坐標系，o-xyz為線路中心坐標系。β為線路軌底坡。車載攝像機采集的圖像獲取輪軌的空間位置關系，以輪軌接觸幾何關系理論研究為基礎，確立輪軌評判標準，作為接下來的圖像識別的基矗
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于圖像識別技術的無極繩脫軌監(jiān)測系統(tǒng)研究[J]. 武洪恩,曹明,張苗苗,王新茂,倪良月. 煤礦機械. 2020(01)
[2]基于輪軌接觸關系的列車運行安全預測仿真研究[J]. 劉俊君,校美玲,陳明義. 石家莊鐵路職業(yè)技術學院學報. 2019(03)
[3]鐵路道岔轉轍器部件輪軌兩點接觸計算方法研究[J]. 馬曉川,徐井芒,王平,陳漫,胡辰陽,王健. 鐵道學報. 2019(07)
[4]基于圖像畸變校正的車輪踏面區(qū)域提取[J]. 王永勝,馬增強,宋子彬,校美玲. 圖學學報. 2018(03)
[5]基于輪軌位移的列車運行安全評價方法研究[J]. 劉俊君,陳明義,柳興龍. 科研信息化技術與應用. 2018(03)
[6]綜合多畸變因素的攝像機標定[J]. 傅思勇,吳祿慎,陳華偉,胡贇. 儀器儀表學報. 2018(02)
[7]基于激光源的機車輪軌相對橫移圖像檢測[J]. 馬增強,王永勝,宋子彬. 圖學學報. 2017(04)
[8]A hand tracking algorithm with particle filter and improved GVF snake model[J]. 孫一奇,吳愛國,董娜,邵一哲. Optoelectronics Letters. 2017(04)
[9]復雜水體邊界提取的改進正交T-Snake模型[J]. 孟令奎,呂琪菲. 測繪學報. 2015(06)
[10]基于Harris-張正友平面標定法的攝像機標定算法[J]. 盧英,王慧琴,佟威,李俊杰. 西安建筑科技大學學報(自然科學版). 2014(06)
博士論文
[1]高速列車輪軌接觸關系研究[D]. 干鋒.西南交通大學 2015
[2]高速列車橫向運動穩(wěn)定性和動態(tài)脫軌理論分析及評價方法研究[D]. 孫麗霞.中國鐵道科學研究院 2014
[3]復雜環(huán)境狀態(tài)下高速列車脫軌機理研究[D]. 肖新標.西南交通大學 2013
[4]客貨混跑鐵路鋼軌非對稱打磨的理論與試驗研究[D]. 肖杰靈.西南交通大學 2011
碩士論文
[1]基于單目視覺的輪對磨耗檢測方法研究[D]. 校美玲.石家莊鐵道大學 2019
[2]基于圖像處理的鐵路扣件狀態(tài)識別算法的研究與應用[D]. 程思柳.蘭州交通大學 2019
[3]彩色自適應數(shù)學形態(tài)學研究與應用[D]. 白瑞雪.西安電子科技大學 2018
[4]LM型踏面輪緣厚度連續(xù)化與踏面磨耗仿真研究[D]. 石玉紅.西南交通大學 2018
[5]基于數(shù)字圖像處理的輪軌沖角檢測方法研究[D]. 宋子彬.石家莊鐵道大學 2018
[6]基于Snakes模型的中文扭曲文檔圖像校正技術研究[D]. 王兆亮.北方工業(yè)大學 2017
[7]輪對模態(tài)對輪軌系統(tǒng)性能的影響研究[D]. 劉瀟.北京交通大學 2017
[8]重載鐵路鋼軌波磨對輪軌動態(tài)響應的影響研究[D]. 王自鑫.蘭州交通大學 2017
[9]基于Qt的機車輪軌相對位移的圖像檢測系統(tǒng)設計[D]. 鐘莎.石家莊鐵道大學 2016
[10]重載鐵路空載車輛脫軌預警系統(tǒng)的研究[D]. 王翀.北京交通大學 2012
本文編號：3510034
【文章來源】：蘭州交通大學甘肅省
【文章頁數(shù)】：61 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
脫軌事故現(xiàn)場圖
基于圖像處理的列車輪軌接觸關系研究-6-SergioM提出了一種分析兩點輪軌接觸情況的的剛性接觸方法，該方法使用簡化的基于約束的接觸方法來分析兩點輪軌接觸情況。所提出的方法利用了KEC約束條件進行計算，其中單點軌道與等效車輪輪廓接觸，并提供了等效輪廓和實際輪廓中接觸點位置之間的精確關系[32]。1.3論文的主要研究內(nèi)容本文在輪軌幾何接觸關系的研究基礎上，針對目前輪軌接觸研究多采用動力學仿真和數(shù)學建模的方式，不具備監(jiān)測輪軌實時接觸狀態(tài)的問題，采用車載攝像機實時獲取輪軌接觸圖像幀，對采集的圖像進行分割獲取位移特征量�？紤]到輪軌接觸關系的復雜性，融合多傳感器數(shù)據(jù)來預測出列車脫軌系數(shù)，改善了僅有單一因素位移量評判列車運行安全性的問題。論文的主要研究內(nèi)容分為以下兩個部分：(1)對象分析。查閱資料，結合車輪踏面及鋼軌的相關參數(shù)，建立道岔區(qū)和無岔區(qū)輪軌接觸模型，并確定位移量安全評判標準。明確列車車載攝像裝置應具備的指標，根據(jù)攝像裝置的設置位置和記錄圖像的特征，得到提取目標需要解決的關鍵問題。(2)算法實現(xiàn)。根據(jù)分析得到的關鍵問題，采用攝像系統(tǒng)標定、圖像預處理、特征提取和決策識別四個模塊來實現(xiàn)算法功能，完成數(shù)據(jù)的提娶輪軌接觸關系及脫軌系數(shù)預測過程。1.4論文基本框架本文整體結構框圖如圖1.2所示。圖1.2本文整體結構框圖本文論文結構安排：第1章：緒論。針對目前國內(nèi)外輪軌接觸和脫軌研究現(xiàn)狀上分析現(xiàn)有研究的優(yōu)缺點，
基于圖像處理的列車輪軌接觸關系研究-8-2輪軌接觸幾何狀態(tài)研究輪對將兩個車輪邊緣嵌在鋼軌的軌頂部分，車輪輪緣和軌頂面并保留一定的間隙，車輪踏面為車輪與軌頂面接觸的部分[33,34]。為研究輪軌接觸狀態(tài)及實時監(jiān)測識別列車脫軌，首先要研究輪軌接觸的幾何關系。在二維空間中，無岔區(qū)輪軌接觸橫截面的幾何關系如圖2.1所示。圖2.1無岔區(qū)輪軌接觸橫截面幾何關系圖中，0-XYZ為轉向架坐標系，o-xyz為線路中心坐標系。β為線路軌底坡。道區(qū)輪軌接觸橫截面的幾何關系如圖2.2所示。圖2.2道岔區(qū)輪軌接觸橫截面幾何關系道岔轉轍器[35-37]部件鋼軌包括尖軌與基本軌，0-XYZ為轉向架坐標系，o-xyz為線路中心坐標系。β為線路軌底坡。車載攝像機采集的圖像獲取輪軌的空間位置關系，以輪軌接觸幾何關系理論研究為基礎，確立輪軌評判標準，作為接下來的圖像識別的基矗
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于圖像識別技術的無極繩脫軌監(jiān)測系統(tǒng)研究[J]. 武洪恩,曹明,張苗苗,王新茂,倪良月. 煤礦機械. 2020(01)
[2]基于輪軌接觸關系的列車運行安全預測仿真研究[J]. 劉俊君,校美玲,陳明義. 石家莊鐵路職業(yè)技術學院學報. 2019(03)
[3]鐵路道岔轉轍器部件輪軌兩點接觸計算方法研究[J]. 馬曉川,徐井芒,王平,陳漫,胡辰陽,王健. 鐵道學報. 2019(07)
[4]基于圖像畸變校正的車輪踏面區(qū)域提取[J]. 王永勝,馬增強,宋子彬,校美玲. 圖學學報. 2018(03)
[5]基于輪軌位移的列車運行安全評價方法研究[J]. 劉俊君,陳明義,柳興龍. 科研信息化技術與應用. 2018(03)
[6]綜合多畸變因素的攝像機標定[J]. 傅思勇,吳祿慎,陳華偉,胡贇. 儀器儀表學報. 2018(02)
[7]基于激光源的機車輪軌相對橫移圖像檢測[J]. 馬增強,王永勝,宋子彬. 圖學學報. 2017(04)
[8]A hand tracking algorithm with particle filter and improved GVF snake model[J]. 孫一奇,吳愛國,董娜,邵一哲. Optoelectronics Letters. 2017(04)
[9]復雜水體邊界提取的改進正交T-Snake模型[J]. 孟令奎,呂琪菲. 測繪學報. 2015(06)
[10]基于Harris-張正友平面標定法的攝像機標定算法[J]. 盧英,王慧琴,佟威,李俊杰. 西安建筑科技大學學報(自然科學版). 2014(06)
博士論文
[1]高速列車輪軌接觸關系研究[D]. 干鋒.西南交通大學 2015
[2]高速列車橫向運動穩(wěn)定性和動態(tài)脫軌理論分析及評價方法研究[D]. 孫麗霞.中國鐵道科學研究院 2014
[3]復雜環(huán)境狀態(tài)下高速列車脫軌機理研究[D]. 肖新標.西南交通大學 2013
[4]客貨混跑鐵路鋼軌非對稱打磨的理論與試驗研究[D]. 肖杰靈.西南交通大學 2011
碩士論文
[1]基于單目視覺的輪對磨耗檢測方法研究[D]. 校美玲.石家莊鐵道大學 2019
[2]基于圖像處理的鐵路扣件狀態(tài)識別算法的研究與應用[D]. 程思柳.蘭州交通大學 2019
[3]彩色自適應數(shù)學形態(tài)學研究與應用[D]. 白瑞雪.西安電子科技大學 2018
[4]LM型踏面輪緣厚度連續(xù)化與踏面磨耗仿真研究[D]. 石玉紅.西南交通大學 2018
[5]基于數(shù)字圖像處理的輪軌沖角檢測方法研究[D]. 宋子彬.石家莊鐵道大學 2018
[6]基于Snakes模型的中文扭曲文檔圖像校正技術研究[D]. 王兆亮.北方工業(yè)大學 2017
[7]輪對模態(tài)對輪軌系統(tǒng)性能的影響研究[D]. 劉瀟.北京交通大學 2017
[8]重載鐵路鋼軌波磨對輪軌動態(tài)響應的影響研究[D]. 王自鑫.蘭州交通大學 2017
[9]基于Qt的機車輪軌相對位移的圖像檢測系統(tǒng)設計[D]. 鐘莎.石家莊鐵道大學 2016
[10]重載鐵路空載車輛脫軌預警系統(tǒng)的研究[D]. 王翀.北京交通大學 2012
本文編號：3510034
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