受电弓典型故障图像检测算法的研究

论文摘要

随着高速铁路事业不断的飞速发展,对其运输的安全性的要求越来越高。为电力机车提供能量的主要部件之一是受电弓,它的滑板的表面直接与接触导线接触,滑板表面和导线之间构成了一对特别的摩擦副,当滑板磨耗超限、弓头倾斜和羊角缺失等典型故障出现的时候,都可能会引发严重交通事故,危及行车安全。因而,精确地检测出磨耗值,判断出弓头倾斜和羊角缺失的情况对于受电弓的维护和行车安全十分重要。本文基于一种采用图像测量技术检测受电弓的检测方案,利用非接触式测量,不需要停车检测,可以实现在线检测。该受电弓检测系统主要采用了近年来被广泛应用于测量领域中的图像测量技术,达到了检测系统测量效率高,检测精度高等要求。首先,在充分调研了国内外当前受电弓检测技术和高速铁路的发展情况的基础上,选择了采用图像测量技术检测受电弓。其次详细分析了滑板磨耗检测系统,弓头倾斜检测系统及羊角缺失检测系统的总体设计方案、检测原理及相关的图像算法。在滑板磨耗检测系统的图像预处理中,采用了图像增强技术和结合形态学的滤波技术,减少光照不均等因素对图像成像的影响；在边缘检测中采用了改进的Canny算法,减少了边缘信息的丢失,在一定程度上保证了磨耗检测的精度。在弓头倾斜检测系统中,采用Radon变换求取倾斜角,方法简单易行。在羊角缺失检测系统中,探索性地展示出了一种判断受电弓羊角缺失情况的方法。最后本文进行了受电弓检测系统的试验,对试验过程和结果进行了分析和研究,试验结果表明,所研究的系统能够完成预期的滑板磨耗、弓头倾斜及羊角缺失的检测任务,具有非接触、高效率、高精度等优点,对我国高速铁路受电弓典型故障的检测具有一定的理论研究价值和实际应用意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 传统的受电弓检测系统
• 1.2.2 安装在机车上的受电弓检测系统
• 1.2.3 在线定点式受电弓检测系统
• 1.2.4 基于图像处理技术的受电弓检测系统
• 1.3 课题的研究目、内容及结构安排
• 1.3.1 课题的研究目的
• 1.3.2 课题的研究内容
• 1.3.3 课题的结构安排
• 第二章 受电弓检测系统结构与检测原理
• 2.1 检测系统结构
• 2.1.1 检测系统结构设计
• 2.1.2 检测系统硬件组成
• 2.2 检测系统原理
• 2.3 章节小结
• 第三章 受电弓检测系统算法设计与实现
• 3.1 滑板磨耗检测系统算法设计与实现
• 3.1.1 图像裁剪
• 3.1.2 图像预处理
• 3.1.3 图像边缘检测
• 3.1.4 图像边缘连接
• 3.1.5 接触导线及上下边缘定位
• 3.1.6 判断滑板磨耗
• 3.2 弓头倾斜检测系统算法设计与实现
• 3.2.1 图像裁剪
• 3.2.2 图像边缘检测
• 3.2.3 计算倾斜角
• 3.3 羊角缺失检测系统算法设计与实现
• 3.3.1 图像裁剪
• 3.3.2 图像二值化
• 3.3.3 判断羊角缺失
• 3.4 章节小结
• 第四章 受电弓检测系统检测结果与分析
• 4.1 滑板磨耗检测系统检测结果与分析
• 4.1.1 检测试验
• 4.1.2 误差分析
• 4.2 弓头倾斜检测系统检测结果与分析
• 4.2.1 检测试验
• 4.2.2 误差分析
• 4.3 羊角缺失检测系统检测结果与分析
• 4.3.1 检测试验
• 4.3.2 误差分析
• 4.4 章节小结
• 结论与展望
• 工作总结
• 未来研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录: 部分算法Matlab源代码
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果