基于机器视觉的跨座式单轨轨道梁晃动检测系统

论文摘要

跨座式单轨交通-PC轨道梁交通制式技术,是通过单根轨道来稳定、支承和导向,车体骑跨在轨道梁上运行的交通制式,其技术特点是:以梁代轨,这种桥梁不但具有传统桥梁的承载功能,更重要的是还具有轻轨列车行驶的轨道功能。轨道梁安装在墩台上,单轨车辆通过时承载着巨大的运动载荷,经过长期运营后,轨道梁可能会发生晃动,影响轻轨列车的安全运行。目前,轨道梁的晃动检测方法为人工撬动轨道梁,依靠位移传感器来测量梁体的晃动幅度值。使用人工方法检测,工人的劳动强度大,安全性差,并且检测精度较低。为解决上述问题,本文提出了一种基于机器视觉的检测方法。基于机器视觉的检测具有速度快、精度高、在线实时、非接触、现场抗干扰能力强等优点。在所提方法的基础上,本文设计了一套车载轨道梁晃动幅度检测系统。为了实现该系统,本文主要做了如下几方面的研究工作:①通过大量试验和对现场环境的考察,搭建了系统的硬件平台。其中包括系统的框架设计,摄像机、镜头、光源等硬件设备的选择与装配等。②完成图像采集软件,对相机进行标定和参数调节,达到测量精度。③对多种边缘特征提取方法进行了实验比较,选择了合适的边缘检测算法;对传统的Otsu阈值分割算法做了改进,加快了图像处理速度;选择经典的模板匹配算法来计算晃动幅值,并提出了自动模板匹配方法,提高检测的自动化程度。④现场安装、调试系统,使整个系统成功地在实际中运用,对重庆轻轨2号线全线轨道梁进行了检测,检测出晃动幅度超过1mm的梁33榀,经过人工检测方法的验证,检测结果准确。本文设计的基于机器视觉的轨道梁晃动检测系统,能够准确地检测出轨道梁的晃动幅度值,另外,它的检测效率是原来的人工检测方法的几十倍。本系统的成功研制实现了轨道梁晃动幅度的自动测量,为跨座式轨道交通的安全运营提供了保障,现已成功应用于重庆市跨座式单轨交通轨道梁晃动检测项目中。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题提出与意义
• 1.3 国内外现状
• 1.3.1 检测方式
• 1.3.2 检测方法
• 1.4 机器视觉检测方法的发展与应用
• 1.4.1 机器视觉检测方法的发展
• 1.4.2 机器视觉检测方法的应用
• 1.5 本课题研究的主要内容与结构
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 文章结构
• 2 系统方案
• 2.1 检测方案的提出
• 2.2 机器视觉系统的组成
• 2.3 系统结构及功能
• 2.4 轨道梁晃动幅度检测系统的主要技术指标
• 2.5 系统的工作流程
• 3 轨道梁晃动图像采集系统
• 3.1 摄像机的选择
• 3.1.1 摄像机的图像传感器的选择
• 3.1.2 光学镜头的选择
• 3.2 照明方式与光源的选择
• 3.2.1 光源的选择
• 3.2.2 照明方式的选择
• 3.3 供电方案选择
• 3.4 图像采集装置
• 3.5 摄像机标定
• 3.6 晃动图像的采集
• 3.7 本章小结
• 4 轨道梁晃动图像分析系统
• 4.1 数字图像处理在检测中的应用
• 4.2 特征提取与分析
• 4.2.1 几种边缘检测算法的比较
• 4.2.2 阈值分割
• 4.3 图像晃动幅度的计算
• 4.3.1 制作模板
• 4.3.2 模板匹配
• 5 检测系统的实现及应用
• 5.1 软件开发环境及各模块实现功能
• 5.1.1 采集系统的软件实现
• 5.1.2 采集系统的数据库
• 5.1.3 晃动图像分析系统的软件实现
• 5.1.4 分析系统的数据库
• 5.2 晃动检测系统在实际中的应用
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在攻读学位期间发表的论文