基于图像处理的列车轮轨接触关系研究
发布时间：2021-11-21 18:42
轮轨接触关系的研究是铁路交通安全运输的必要课题之一。我国铁路高速、重载的发展趋势直接导致轮轨间的动态相互作用加剧,严重影响车辆系统的安全性和平稳性,一旦列车发生脱轨,会造成生命财产的巨大损失。因此必须重视列车轮轨接触关系研究问题,并积极探索解决脱轨问题的有效方法和路径。由于轮轨接触关系复杂且决定列车是否脱轨的因素众多,本文采用图像处理技术和多传感器数据融合技术对列车轮轨接触状态进行跟踪处理,预测的动态脱轨系数用于指导列车的安全运行,研究内容如下:（1）根据轮轨接触几何状态的特点,按照位移量和接触点的不同建立了道岔区和无岔区轮轨接触模型,结合车载摄像机采集到轮轨接触区图像特征以及爬轨实验中车轮抬升量随时间变化曲线图,以轮轨中心线相对位移量的不同对轮轨接触状态进行了安全等级分类,确立了位移量脱轨评判准则。（2）建立相机成像的几何模型,通过实验与计算求解几何模型参数对摄像系统进行标定。采用一种综合径向畸变、切向畸变和薄棱镜畸变因素的两步标定算法,通过求解出内外参数和多次迭代逼近,在Matlab仿真平台中运行标定算法,标定结果精度和实时性优于张氏标定法,对现场实际采集的无标定过程的无岔区与道岔...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
脱轨事故现场图
基于图像处理的列车轮轨接触关系研究-6-SergioM提出了一种分析两点轮轨接触情况的的刚性接触方法，该方法使用简化的基于约束的接触方法来分析两点轮轨接触情况。所提出的方法利用了KEC约束条件进行计算，其中单点轨道与等效车轮轮廓接触，并提供了等效轮廓和实际轮廓中接触点位置之间的精确关系[32]。1.3论文的主要研究内容本文在轮轨几何接触关系的研究基础上，针对目前轮轨接触研究多采用动力学仿真和数学建模的方式，不具备监测轮轨实时接触状态的问题，采用车载摄像机实时获取轮轨接触图像帧，对采集的图像进行分割获取位移特征量。考虑到轮轨接触关系的复杂性，融合多传感器数据来预测出列车脱轨系数，改善了仅有单一因素位移量评判列车运行安全性的问题。论文的主要研究内容分为以下两个部分：(1)对象分析。查阅资料，结合车轮踏面及钢轨的相关参数，建立道岔区和无岔区轮轨接触模型，并确定位移量安全评判标准。明确列车车载摄像装置应具备的指标，根据摄像装置的设置位置和记录图像的特征，得到提取目标需要解决的关键问题。(2)算法实现。根据分析得到的关键问题，采用摄像系统标定、图像预处理、特征提取和决策识别四个模块来实现算法功能，完成数据的提娶轮轨接触关系及脱轨系数预测过程。1.4论文基本框架本文整体结构框图如图1.2所示。图1.2本文整体结构框图本文论文结构安排：第1章：绪论。针对目前国内外轮轨接触和脱轨研究现状上分析现有研究的优缺点，
基于图像处理的列车轮轨接触关系研究-8-2轮轨接触几何状态研究轮对将两个车轮边缘嵌在钢轨的轨顶部分，车轮轮缘和轨顶面并保留一定的间隙，车轮踏面为车轮与轨顶面接触的部分[33,34]。为研究轮轨接触状态及实时监测识别列车脱轨，首先要研究轮轨接触的几何关系。在二维空间中，无岔区轮轨接触横截面的几何关系如图2.1所示。图2.1无岔区轮轨接触横截面几何关系图中，0-XYZ为转向架坐标系，o-xyz为线路中心坐标系。β为线路轨底坡。道区轮轨接触横截面的几何关系如图2.2所示。图2.2道岔区轮轨接触横截面几何关系道岔转辙器[35-37]部件钢轨包括尖轨与基本轨，0-XYZ为转向架坐标系，o-xyz为线路中心坐标系。β为线路轨底坡。车载摄像机采集的图像获取轮轨的空间位置关系，以轮轨接触几何关系理论研究为基础，确立轮轨评判标准，作为接下来的图像识别的基矗
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于图像识别技术的无极绳脱轨监测系统研究[J]. 武洪恩,曹明,张苗苗,王新茂,倪良月. 煤矿机械. 2020(01)
[2]基于轮轨接触关系的列车运行安全预测仿真研究[J]. 刘俊君,校美玲,陈明义. 石家庄铁路职业技术学院学报. 2019(03)
[3]铁路道岔转辙器部件轮轨两点接触计算方法研究[J]. 马晓川,徐井芒,王平,陈漫,胡辰阳,王健. 铁道学报. 2019(07)
[4]基于图像畸变校正的车轮踏面区域提取[J]. 王永胜,马增强,宋子彬,校美玲. 图学学报. 2018(03)
[5]基于轮轨位移的列车运行安全评价方法研究[J]. 刘俊君,陈明义,柳兴龙. 科研信息化技术与应用. 2018(03)
[6]综合多畸变因素的摄像机标定[J]. 傅思勇,吴禄慎,陈华伟,胡贇. 仪器仪表学报. 2018(02)
[7]基于激光源的机车轮轨相对横移图像检测[J]. 马增强,王永胜,宋子彬. 图学学报. 2017(04)
[8]A hand tracking algorithm with particle filter and improved GVF snake model[J]. 孙一奇,吴爱国,董娜,邵一哲. Optoelectronics Letters. 2017(04)
[9]复杂水体边界提取的改进正交T-Snake模型[J]. 孟令奎,吕琪菲. 测绘学报. 2015(06)
[10]基于Harris-张正友平面标定法的摄像机标定算法[J]. 卢英,王慧琴,佟威,李俊杰. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2014(06)
博士论文
[1]高速列车轮轨接触关系研究[D]. 干锋.西南交通大学 2015
[2]高速列车横向运动稳定性和动态脱轨理论分析及评价方法研究[D]. 孙丽霞.中国铁道科学研究院 2014
[3]复杂环境状态下高速列车脱轨机理研究[D]. 肖新标.西南交通大学 2013
[4]客货混跑铁路钢轨非对称打磨的理论与试验研究[D]. 肖杰灵.西南交通大学 2011
硕士论文
[1]基于单目视觉的轮对磨耗检测方法研究[D]. 校美玲.石家庄铁道大学 2019
[2]基于图像处理的铁路扣件状态识别算法的研究与应用[D]. 程思柳.兰州交通大学 2019
[3]彩色自适应数学形态学研究与应用[D]. 白瑞雪.西安电子科技大学 2018
[4]LM型踏面轮缘厚度连续化与踏面磨耗仿真研究[D]. 石玉红.西南交通大学 2018
[5]基于数字图像处理的轮轨冲角检测方法研究[D]. 宋子彬.石家庄铁道大学 2018
[6]基于Snakes模型的中文扭曲文档图像校正技术研究[D]. 王兆亮.北方工业大学 2017
[7]轮对模态对轮轨系统性能的影响研究[D]. 刘潇.北京交通大学 2017
[8]重载铁路钢轨波磨对轮轨动态响应的影响研究[D]. 王自鑫.兰州交通大学 2017
[9]基于Qt的机车轮轨相对位移的图像检测系统设计[D]. 钟莎.石家庄铁道大学 2016
[10]重载铁路空载车辆脱轨预警系统的研究[D]. 王翀.北京交通大学 2012
本文编号：3510034
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
脱轨事故现场图
基于图像处理的列车轮轨接触关系研究-6-SergioM提出了一种分析两点轮轨接触情况的的刚性接触方法，该方法使用简化的基于约束的接触方法来分析两点轮轨接触情况。所提出的方法利用了KEC约束条件进行计算，其中单点轨道与等效车轮轮廓接触，并提供了等效轮廓和实际轮廓中接触点位置之间的精确关系[32]。1.3论文的主要研究内容本文在轮轨几何接触关系的研究基础上，针对目前轮轨接触研究多采用动力学仿真和数学建模的方式，不具备监测轮轨实时接触状态的问题，采用车载摄像机实时获取轮轨接触图像帧，对采集的图像进行分割获取位移特征量。考虑到轮轨接触关系的复杂性，融合多传感器数据来预测出列车脱轨系数，改善了仅有单一因素位移量评判列车运行安全性的问题。论文的主要研究内容分为以下两个部分：(1)对象分析。查阅资料，结合车轮踏面及钢轨的相关参数，建立道岔区和无岔区轮轨接触模型，并确定位移量安全评判标准。明确列车车载摄像装置应具备的指标，根据摄像装置的设置位置和记录图像的特征，得到提取目标需要解决的关键问题。(2)算法实现。根据分析得到的关键问题，采用摄像系统标定、图像预处理、特征提取和决策识别四个模块来实现算法功能，完成数据的提娶轮轨接触关系及脱轨系数预测过程。1.4论文基本框架本文整体结构框图如图1.2所示。图1.2本文整体结构框图本文论文结构安排：第1章：绪论。针对目前国内外轮轨接触和脱轨研究现状上分析现有研究的优缺点，
基于图像处理的列车轮轨接触关系研究-8-2轮轨接触几何状态研究轮对将两个车轮边缘嵌在钢轨的轨顶部分，车轮轮缘和轨顶面并保留一定的间隙，车轮踏面为车轮与轨顶面接触的部分[33,34]。为研究轮轨接触状态及实时监测识别列车脱轨，首先要研究轮轨接触的几何关系。在二维空间中，无岔区轮轨接触横截面的几何关系如图2.1所示。图2.1无岔区轮轨接触横截面几何关系图中，0-XYZ为转向架坐标系，o-xyz为线路中心坐标系。β为线路轨底坡。道区轮轨接触横截面的几何关系如图2.2所示。图2.2道岔区轮轨接触横截面几何关系道岔转辙器[35-37]部件钢轨包括尖轨与基本轨，0-XYZ为转向架坐标系，o-xyz为线路中心坐标系。β为线路轨底坡。车载摄像机采集的图像获取轮轨的空间位置关系，以轮轨接触几何关系理论研究为基础，确立轮轨评判标准，作为接下来的图像识别的基矗
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于图像识别技术的无极绳脱轨监测系统研究[J]. 武洪恩,曹明,张苗苗,王新茂,倪良月. 煤矿机械. 2020(01)
[2]基于轮轨接触关系的列车运行安全预测仿真研究[J]. 刘俊君,校美玲,陈明义. 石家庄铁路职业技术学院学报. 2019(03)
[3]铁路道岔转辙器部件轮轨两点接触计算方法研究[J]. 马晓川,徐井芒,王平,陈漫,胡辰阳,王健. 铁道学报. 2019(07)
[4]基于图像畸变校正的车轮踏面区域提取[J]. 王永胜,马增强,宋子彬,校美玲. 图学学报. 2018(03)
[5]基于轮轨位移的列车运行安全评价方法研究[J]. 刘俊君,陈明义,柳兴龙. 科研信息化技术与应用. 2018(03)
[6]综合多畸变因素的摄像机标定[J]. 傅思勇,吴禄慎,陈华伟,胡贇. 仪器仪表学报. 2018(02)
[7]基于激光源的机车轮轨相对横移图像检测[J]. 马增强,王永胜,宋子彬. 图学学报. 2017(04)
[8]A hand tracking algorithm with particle filter and improved GVF snake model[J]. 孙一奇,吴爱国,董娜,邵一哲. Optoelectronics Letters. 2017(04)
[9]复杂水体边界提取的改进正交T-Snake模型[J]. 孟令奎,吕琪菲. 测绘学报. 2015(06)
[10]基于Harris-张正友平面标定法的摄像机标定算法[J]. 卢英,王慧琴,佟威,李俊杰. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2014(06)
博士论文
[1]高速列车轮轨接触关系研究[D]. 干锋.西南交通大学 2015
[2]高速列车横向运动稳定性和动态脱轨理论分析及评价方法研究[D]. 孙丽霞.中国铁道科学研究院 2014
[3]复杂环境状态下高速列车脱轨机理研究[D]. 肖新标.西南交通大学 2013
[4]客货混跑铁路钢轨非对称打磨的理论与试验研究[D]. 肖杰灵.西南交通大学 2011
硕士论文
[1]基于单目视觉的轮对磨耗检测方法研究[D]. 校美玲.石家庄铁道大学 2019
[2]基于图像处理的铁路扣件状态识别算法的研究与应用[D]. 程思柳.兰州交通大学 2019
[3]彩色自适应数学形态学研究与应用[D]. 白瑞雪.西安电子科技大学 2018
[4]LM型踏面轮缘厚度连续化与踏面磨耗仿真研究[D]. 石玉红.西南交通大学 2018
[5]基于数字图像处理的轮轨冲角检测方法研究[D]. 宋子彬.石家庄铁道大学 2018
[6]基于Snakes模型的中文扭曲文档图像校正技术研究[D]. 王兆亮.北方工业大学 2017
[7]轮对模态对轮轨系统性能的影响研究[D]. 刘潇.北京交通大学 2017
[8]重载铁路钢轨波磨对轮轨动态响应的影响研究[D]. 王自鑫.兰州交通大学 2017
[9]基于Qt的机车轮轨相对位移的图像检测系统设计[D]. 钟莎.石家庄铁道大学 2016
[10]重载铁路空载车辆脱轨预警系统的研究[D]. 王翀.北京交通大学 2012
本文编号：3510034
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3510034.html
