基于激光测距和视频分析技术的高速铁路雪情监测系统研究

发布时间：2017-04-02 23:16

  本文关键词：基于激光测距和视频分析技术的高速铁路雪情监测系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,我国进入高速铁路快速建设和开通阶段,一大批跨越南北、横亘东西的高速铁路线路相继开通运营。同时,我国幅员辽阔,气象、地形、地貌和地质差异很大,高速铁路从寒冷干燥的东北地区到炎热潮湿的海南岛,面临各种自然灾害的影响,强风、暴雨、大雪、地震、泥石流和滚石等严重威胁高速铁路运行安全。因此,建立完善的自然灾害监测系统,实时、准确地监测铁路沿线的各项气象和灾害数据,及时发布预警和调整列车运行是保障高速铁路安全畅通的重要一环。我国东北地区新建高速铁路已经部署了雪深监测系统,通过在铁路沿线安装激光测雪深装置,测量轨枕面的积雪厚度。然而,该系统基于激光测距原理测量积雪厚度,采用固定式安装,测量结果受雪面不平整、倾角误差、遮盖物阻断测量线等影响测量精度和可靠性不高。此外,仅获取单一雪深数据,数据维度低,难以充分反映冬季降雪对铁路运行的影响。因此,本文主要围绕雪深监测系统展开研究,在原有系统的基础上提出了基于云台和倾角传感器的多点雪深测量优化方法,增加了高清网络摄像机用于图像采集和智能视频分析,基于组态王开发了集数据收集和展示、报警联动、设备管理于一体的监控软件平台。雪深测量装置一次性安装后,倾斜角度随之确定,受长时间振动影响,倾角可能发生变化,然而微小的变化即可带来较大的雪深测量误差。通过云台和倾角传感器实现监测范围内的多点测量,在每次测量时,同时测量距离和倾角,能够大大减小倾角误差的影响。同时,多点测量结果取平均值,相比单点测量结果,能够减少雪面不平整导致的误差。计算机视觉技术迅速发展和铁路综合视频监控的大面积部署,为智能视频分析提供了条件。在降雪天气,雪粒子密度能够反映实时的降雪强度,通过实时视频分析,提取前景中雪粒子的分布密度,进而估计出当前时刻的降雪情况,增加了动态的雪情信息,可用于进行中短时间、小范围气象预测和雪灾危害趋势分析。另外,基于模板图像和抓拍图像对比,能够检测雪深测量点处是否存在遮盖物,以及初步计算遮盖物的尺寸,能够有效排除遮盖物对雪深测量的干扰,同时也可辅助进行异物侵限检测,具有一定的实用价值。基于组态王的监控软件平台,将监测点的雪深变化曲线和实时视频监控集成在同一个界面,能够帮助调度和工务人员更加方便、直观的了解铁路沿线的雪情信息。同时,实现雪深和图像抓拍录像报警联动,当雪深达到报警阈值时,自动采集图像信息,并回传至指挥中心,提醒调度和工务人员采取适当的措施,保障列车安全运行。
【关键词】：高速铁路 自然灾害监测系统 智能视频分析 雪深测量
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-14
• 1 引言14-30
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 研究和应用现状15-26
• 1.2.1 雪深测量技术15-16
• 1.2.2 铁路雪害防治16-18
• 1.2.3 高速铁路自然灾害监测系统18-25
• 1.2.4 基于视频处理的降雪强度分析方法25-26
• 1.3 研究思路和技术路线26-28
• 1.4 论文章节安排28
• 1.5 本章小结28-30
• 2 基于激光测距技术的雪深测量30-38
• 2.1 激光测距原理30-31
• 2.2 基于激光测距传感器的雪深测量装置31-32
• 2.3 基于激光测距传感器的雪深测量原理32-34
• 2.4 现有雪深测量装置误差分析和优化建议34-37
• 2.4.1 激光探头倾角误差分析34-36
• 2.4.2 基于多点测量的雪深测量装置优化36-37
• 2.5 本章小结37-38
• 3 基于视频分析的实时降雪强度估计38-58
• 3.1 计算机视觉和OPENCV介绍38-39
• 3.2 现有相关研究理论和效果39-42
• 3.3 本文提出的算法和结果42-56
• 3.3.1 区域划分44-45
• 3.3.2 单个区域雪粒子检测45-51
• 3.3.3 雪粒子检测结果有效性检验51-52
• 3.3.4 全局雪粒子推算52-53
• 3.3.5 实时降雪强度估计53-56
• 3.4 本章小结56-58
• 4 基于激光测距传感器和高清摄像机的数据融合58-74
• 4.1 基于图像对比的激光测量点遮盖物检测59-63
• 4.2 基于激光雪深数据差分的实时降雪强度估计63-66
• 4.3 雪情评估专家系统66-72
• 4.3.1 冰雪天气下动车组的运行调度67-69
• 4.3.2 基于专家系统的冰雪天气动车组行车辅助决策69-72
• 4.4 本章小结72-74
• 5 基于激光测距和视频分析技术的雪深监测系统74-88
• 5.1 基于激光测距和视频分析技术的雪深监测系统架构74-76
• 5.2 基于激光测距和视频分析技术的雪深监测系统设备组成76-81
• 5.3 基于组态王的雪深监测系统软件平台81-87
• 5.4 本章小结87-88
• 6 结论和展望88-92
• 6.1 本文的主要工作和结论88-90
• 6.2 仍需进一步研究的问题和构想90-92
• 参考文献92-95
• 附录A95-97
• 附录B97
• 附录C97-100
• 附录D100-101
• 附录E101-109
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果109-111
• 学位论文数据集111

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 彭程;;激光测距测试打印仪[J];激光技术;1991年05期

2 天骄;激光测距[J];应用光学;1997年02期

3 孙韶媛,王利平,刘世才,张保民;激光测距数据与夜视图像的实时叠加[J];激光与光电子学进展;2000年11期

4 三浩;激光测距的工业应用[J];激光与光电子学进展;2000年11期

5 彭仕玉,张国云;提高相位激光测距精确度的研究[J];岳阳师范学院学报(自然科学版);2002年02期

6 何俊发,王红霞,刘晓彬;激光测距新方法研究[J];应用激光;2003年05期

7 赵栋;刘立人;王吉明;郎海涛;潘卫清;刘锡民;;基于光子数目比较的激光测距法[J];光学学报;2006年07期

8 张慧;胡雅育;;提高相位激光测距精确度的研究[J];上海电机学院学报;2006年S1期

9 马业伟;赵尚弘;蒙文;马丽华;;激光测距信号内插法研究[J];现代电子技术;2007年02期

10 邓岩;赵振明;李佳宇;;提高相位式激光测距分辨率的一种设计方法[J];长春理工大学学报(自然科学版);2008年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 邢强林;杨福民;唐嘉;李舰艇;高昕;;异步应答激光测距原理与试验验证[A];中国空间科学学会第七次学术年会会议手册及文集[C];2009年

2 李玉株;肖江;黄丽燕;刘君;;基于TDC-GP2的激光测距系统设计[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年

3 陈志赋;薛明晰;刘宝华;刘羽翔;王伟明;侯章亚;;高精度电路延时方法在激光测距装备模拟检测中的应用[A];第十四届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2012年

4 黄震;徐国雄;倪旭翔;陆祖康;;数字相关检测技术扩大脉冲式激光测距测量范围的研究[A];中国仪器仪表学会第五届青年学术会议论文集[C];2003年

5 董淳;;激光测距方法研究现状[A];第二十八届中国（天津）2014IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集[C];2014年

6 徐实学;陈延如;赵琦;;小尺寸高精度激光测距系统实现方法研究[A];2008年激光探测、制导与对抗技术研讨会论文集[C];2008年

7 林剑春;孙丽崴;雍朝良;杨林;陈凡胜;;基于激光测距的面阵探测器拼接方法研究[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年

8 任建国;张宝东;战德军;张乐;;激光测距中的几种虚警抑制措施[A];第十届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2004年

9 倪维斗;;火星和深空激光测距科学目标与实验关键技术的研究[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第六届学术年会暨863计划“深空探测与空间实验技术”重大项目学术研讨会论文集[C];2009年

10 李欣;郝兴华;郑少怀;郭唐永;邹彤;王战锋;;武汉人卫站的kHz激光测距实验[A];中国地球物理2010——中国地球物理学会第二十六届年会、中国地震学会第十三次学术大会论文集[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前6条

1 王莲萍 李含德 李卫芳;为了蔚蓝的天空[N];中国航空报;2004年

2 王韵晟;激光雷达与激光测距[N];中国测绘报;2008年

3 ;为了蔚蓝的天空[N];大众科技报;2006年

4 本报记者 祖铁楠;高功率半导体激光器研制寻求突破[N];中国电子报;2001年

5 王莲萍 徐建军;为了天空的蔚蓝[N];中国妇女报;2006年

6 记者 李薇;“神舟”四号轨道舱遨游太空 我国成功对其进行激光测距[N];中国测绘报;2003年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 贾方秀;多频调制的相位法激光测距中若干关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 蒋钱;高精度脉冲激光测距系统的研究设计[D];南京信息工程大学;2015年

2 丁熙;基于激光测距技术的物料堆位自动测量系统的设计与实现[D];西南交通大学;2015年

3 毛有明;精密激光测距系统的研究[D];沈阳理工大学;2015年

4 贺梓超;激光测距关键技术研究及实现[D];电子科技大学;2014年

5 孙瑜;激光对接系统建模与实验[D];长春理工大学;2014年

6 尚君莹;基于FPGA的激光测距系统的算法的研究[D];河北工业大学;2015年

7 李哲;相位式激光测距鉴相方法研究[D];西安电子科技大学;2014年

8 文琴;基于激光测距的遥测技术研究[D];重庆大学;2015年

9 刘洋;基于激光测距和视频分析技术的高速铁路雪情监测系统研究[D];北京交通大学;2016年

10 施金钗;相位式半导体激光测距关键技术的研究[D];厦门大学;2008年

  本文关键词：基于激光测距和视频分析技术的高速铁路雪情监测系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：283326