基于仰拍方式的受电弓滑板磨耗检测系统的研究

论文摘要

随着中国铁路近年来的迅速发展,列车的行车安全越来越受到重视。机车受电弓是从接触网上获取电流,供火车正常行驶,因此机车受电弓的安全运行受到了广泛的重视。传统的受电弓检测方法精度低,准确性差,因此目前很多国家都发展在线的、非接触式的检测方法,能够实时准确的检测滑板的厚度,为机车的安全运行提供可靠的保证。本文在经过大量的调研和学习,选用高分辨率的工业相机、高可靠性和稳定性的工业闪光灯作为主要的实验设备,基于仰拍方式经过大量的车间实验和现场实验,验证了实验系统的可行性和通用性,并实时动态的采集受电弓滑板磨耗图像,然后利用数字图像处理技术,检测、定位滑板的上下边缘,最终获得滑板磨耗的厚度,为机车安全行驶提供可靠的数据。首先,在充分调研了国内外基于图像处理技术检测受电弓滑板磨耗技术的基础上,选择了基于仰拍方式（相机的安装位置低于接触网,闪光灯的位置高于接触网）获取受电弓滑板磨耗的图像,并通过大量的车间实验验证了实验系统的可行性和通用性。其次,基于车间实验的理论基础,综合分析了现场的安装和运行环境,重新调整了实验方案,并在现场进行了验证,获取受电弓滑板磨耗图像。最后,基于MATLAB和Visual C++平台,利用数字图像处理技术,设计实现滑板图像的检测原理及相关算法,检测和定位滑板的上下边缘。利用相机标定算法计算相机的内外参数,校正镜头的畸变,最终带入图像中计算上下边缘的实际厚度,计算滑板的磨耗量。实验结果表明,本文所研究系统能够完成滑板磨耗的检测任务,具有非接触、高效率、高精度等优点,对我国高速铁路受电弓检测具有一定的理论和实际应用意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本课题的研究目的及内容
• 1.3.1 课题研究目的
• 1.3.2 课题研究内容
• 第2章 滑板磨耗检测系统总体方案
• 2.1 检测系统框架结构设计
• 2.1.1 检测系统组成
• 2.1.2 检测系统的原理
• 2.2 检测系统框架的搭建与验证
• 2.2.1 车间实验
• 2.2.2 现场实验
• 2.3 本章小结
• 第3章 图像处理算法
• 3.1 图像预处理
• 3.1.1 图像裁剪
• 3.1.2 图像滤波和增强
• 3.2 目标特征识别
• 3.2.1 边缘检测
• 3.2.2 Hough定位直线
• 3.2.3 定位边缘和接触网
• 3.3 本章小结
• 第4章 相机标定算法
• 4.1 标定模型
• 4.1.1 张正友的标定方法
• 4.2 角点检测
• 4.2.1 标定板模型
• 4.2.2 Harris角点检测
• 4.2.3 Susan角点检测
• 4.2.4 角点坐标亚像素化
• 4.3 实验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 滑板磨耗检测结果分析
• 5.1 系统软件设计
• 5.2 仿真结果
• 5.2.1 DSA弓型
• 5.2.2 TSG3弓型
• 5.2.3 LV2600弓型
• 5.3 结果分析和改进
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 论文工作总结
• 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录: 部分Visual C++源代码
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果