基于手推车载式线路全断面检测系统研究

发布时间：2020-06-13 22:28

【摘要】：轨道车辆的安全运行要有稳定可靠的基础设施系统作为保障。线路全断面信息指道床断面、桥隧道轮廓以及接触网高度等,及时掌握全断面信息是保障轨道交通运行安全的基础。随着电气化线路增多以及运营里程不断攀升,传统的人工接触式测量已经不能满足轨道交通现场的实际需求。本文基于自主设计的手推式轨道检测小车研发了一套手推车载式线路全断面检测系统,以激光测距传感器为主要测量部件,采用激光测距法检测线路全断面信息,并应用于钢轨磨耗检测牙和铁路建筑限界侵限检测,为线路的维修养护提供依据。论文介绍了手推车载式线路全断面检测系统的整体方案,检测装置安装在人工推行的轨道检测小车上,在行进过程中对线路全断面信息进行采集,并对采集数据进行坐标转换、数据存储和图形化显示。系统以激光测距传感器为主要测量部件,通过测量被测物体与传感器的空间位置关系,经过坐标系转换获得轨道基准坐标系下的线路全断面信息。为实现全断面信息与线路位置对应,系统加入了基于编码器的走行定位功能,将断面信息与检测小车的位置信息进行融合,形成线路全断面的数据模型,实现线路全断面的检测。在获取线路全断面信息后,论文主要研究了基于全断面信息的钢轨磨耗检测和铁路建筑限界侵限检测问题。针对钢轨磨耗检测问题,论文提出了结合自适应平滑滤波和改进ICP算法的钢轨轮廓配准算法。首先通过坐标变换将多个激光三角传感器采集钢轨廓形数据转化到同一钢轨坐标系,然后采用自适应平滑滤波方法进行平滑处理通过改进的ICP算法将采集钢轨轮廓与标准钢轨轮廓进行配准,根据钢轨磨耗定义在对应的磨耗点位置计算钢轨磨耗,并根据磨耗大小对伤损情况进行判别。针对铁路建筑限界侵限检测问题,论文提出把限界侵限检测问题转换为点与多边形位置关系的几何问题。利用激光扫描传感器对除车底外300°范围内的断面进行采集,将采集范围内的物体轮廓还原到轨道基准坐标系下。通过射线判别法判断采集轮廓点是否在限界多边形内部以判断是否存在侵限情况,如果存在侵限,计算侵限点距离多边形最近距离作为侵限值。为验证系统的性能,将本论文设计的手推车载式线路全断面检测系统在实验室环境以及铁道科学研究院环形铁路综合试验基地进行了实验,实验结果表明该系统可以有效地采集线路全断面信息,对钢轨磨耗的检测精度可达±0.10mm,对隧道轮廓的检测精度在土4mm之内,能够对于侵限物体进行有效判断,满足现场使用需求。
【图文】：

Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｇａｕｇｅ邋ｆｏｒ邋ｓｔａｎｄａｒｄ邋ｇａｕｇｅ邋ｒａｉｌｗａｙｓ逡逑铁路沿线的建筑和设备情况复杂，包括多种类型的建筑物及设备等［２１］。这些逡逑实际的建筑限界限制了列车能否在线路上能否正常通行。铁路建筑限界上任意一逡逑个位置发生侵限现象都会对列车的正常运行造成严重影响，构成安全隐患，并且逡逑它的变化受人为自然环境影响较大，处于动态变化的情况，需要定期对建筑限界逡逑进行检测［２２］。早期的建筑限界检测使用接触式测量技术，通过遇到障碍会自动发逡逑生偏移的触手沿线进行建筑限界侵限检测。随着电气化铁路的发展，这种方法影逡逑响铁路正常运行的弊端突显，因此本文同样采用基于激光测距原理的非接触式测逡逑量方法检测建筑限界侵限。激光扫描测距技术尽管精度相对于激光三角测距技术逡逑较低，但是能够实现快速连续检测，满足建筑限界的日常检查需求［２３］，，因此本文逡逑设计了基于激光扫描测距的建筑限界检测系统。逡逑１．３线路全断面的检测原理逡逑

逦（ｂ）斜射式结构逡逑１－激光器２－汇聚透镜３－被测表面４－接收透镜５－光电探测器逡逑图１－３激光三角原理图逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｌａｓｅｒ邋ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ邋ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ逡逑斜射式三角法测量原理图见图１－３邋（ｂ）。激光发射器１出射的激光与被测物体逡逑３的法线呈一定角度入射，经过被测物体反射过后，通过镜头４在光电探测器ＣＣＤ５逡逑上呈像，若像在ＣＣＤ上移动Ｘ＇，则物体表面沿法线方向的移动距离ｘ为逡逑工＝逦逦邋（１．２）逡逑ｂｓｉｎ（０｝邋＋０２）邋—邋ｘｒｃｏｓ（Ｏｌ邋－＼－０２）逡逑式中，＾为入射激光与被测物体３法线方向的夹角；＆为出射激光与被测物逡逑体３法线方向的夹角。逡逑＇逦ｉ面两种方式描述了单个点的测量方式，涉及到多个点的测量或者被测物体逡逑轮廓线的测量需要利用激光三角法面形测量。基本原理是利用线性激光投射在被逡逑测物体上形成一道光带，在被测物体表面反射后，在ＣＣＤ光电探测器上形成一道逡逑激光图像，激光发射器、ＣＣＤ光电探测器与被测物体构成三角形关系，利用几何逡逑学方法可以计算出被测物体的空间位置或坐标，其原理如图１－４所示。其中，点逡逑Ｐ（ｘ
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U298;U216.3

【参考文献】

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本文编号：2711835