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过山车轨道状态的实时检测系统研究
| 论文题名： | 过山车轨道状态的实时检测系统研究 |
| 关键词： | 铁路养护;过山车轨道;状态检测系统;惯性测量单元;图像处理 |
| 摘要： | 列车轨道检测对于轨道保养与维护有重要意义，能够有效地保障列车行驶安全，已被广泛运用于铁路系统中。过山车轨道不同于一般的铁轨，其轨道路径曲折，且列车行驶姿态复杂多变。目前关于过山车轨道状态的实时监测研究较少，对获取测量系统所处空间位置和姿态信息的手段不足。因此，急需一套有效的系统，能够提供实时检测空间位置和姿态信息，使得测量系统更加准确。 目前轨检车存在的主要问题有:测量单元多而分散，缺乏集成;由于测量曲线的坐标基于轨检车的惯性测量系统，造成测量数据和真实的轨道空间位置不对应，需要人工校正等问题;针对这些问题，本文提出了将图像和惯性测量技术有机结合进行测量的方法。 惯性测量单元（IMU）是测量物体三轴加速度以及姿态角的测量仪器。通常来说，最基本的惯性测量单元由一个三轴加速度计和一个三轴的陀螺仪构成，加速度计负责测量物体在载体坐标系的三轴加速度数据，而陀螺仪则用来获取载体相对于导航坐标系的三轴角速度数据，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态信息。 本论文将图像和惯性测量技术运用到过山车轨道测量中，用小车模拟过山车，对IMU和CCD相机运用在过山车轨道检测的可行性进行先期原理验证。本论文采用CCD相机测量轨距和轨道表面轮廓;采用惯性测量单元和CCD测量并展示轨道空间姿态图像;同时对现有的姿态解算功能进行扩展，增加了轨迹推算测量能，使系统可以测量轨道的空间轨迹。本论文主要围绕图像和惯性测量理论分析、算法设计以及应用软件的编写开发这三个方面展开。 本论文的主要工作有: (1)搭建了一套基于IMU与CCD相机的惯性图像测量装置，实现了轨距、轨道表面状态、物体姿态和轨迹的实时测量。 (2)设计和编写了基于四元数坐标变换来测量速度、位移和姿态的一套补偿算法。采取了互补滤波修正四元数，通过积分获取待测物位移信息。 (3)设计并完成了一套基于MFC和Matlab的应用软件。 |
| 作者： | 孙翔 |
| 专业： | 光学工程 |
| 导师： | 高瞻 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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