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基于图像处理的轨道爬行位移测量系统研究
| 论文题名： | 基于图像处理的轨道爬行位移测量系统研究 |
| 关键词： | 铁路养护;轨道爬行位移测量系统;图像处理;编码标志物 |
| 摘要： | 轨道经过长期的运营和使用，容易出现轨道爬行现象，对爬行位移进行测量，可有效防止轨道爬行现象发生，保障国民经济发展和生命安全。图像处理技术的发展，实现了轨道爬行位移的非接触式测量。我国所有在运营的铁路，有许多需要进行爬行位移测量的监测点，然而，现有的非接触式测量方法无法自动区分轨道不同的监测点，当测量完成后难以对位移数据进行统计。因此，本文旨在研究一个基于图像处理的轨道爬行位移测量系统，其具有自动化程度高的优点，论文的主要研究工作如下。 （1）提出一种非接触式的轨道位移测量方案。首先设计一种编码标志物，识别该标志物的编码值，可自动区分轨道不同监测点；然后分析不同的位移量化方法，选择设备成本低且精度较高的双目测量法，以实现标志物像素坐标到空间坐标的转换；最后分析相机参数及相机标定原理，编写基于OpenCV的双目标定程序。 （2）研究标志物图像识别及处理算法，主要研究内容是标志物的圆心定位方法、圆心匹配方法以及编码识别方法。根据标志物提供的多约束信息，研究一种圆心最优定位方法，以获取亚像素精度的标志物圆心坐标。研究一种基于对极几何的圆心匹配方法，以减少圆心误匹配点，目的是还原精度较高的空间圆心坐标。设计一种编码识别方法，主要对标志物编码区域进行一维像素扫描并处理。 （3）设计轨道位移测量系统的硬件和软件。首先设计图像采集端的硬件电路以及应用程序，以实现图像的定时采集与发送；然后基于标志物图像识别及处理的研究内容，结合QT开发框架，设计图像处理端，为工作人员提供一个友好交互界面。 （4）搭建轨道位移测量系统，开展位移测量实验、对比测量实验以及编码识别实验。位移测量实验中，通过模拟轨道爬行的发生，计算系统测量误差，以验证本系统的可行性；对比测量实验中，研究距离变化和角度变化对系统测量精度的影响。编码识别实验中，研究不同测量距离下，标志物编码识别的准确率。 最后的实验结果显示，系统在2000mm的距离内，测量误差为±0.5mm，编码识别准确率为100%，表明了本文设计的位移测量系统在实际轨道工程中是可行的。 |
| 作者： | 钟隆昇 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王晓初 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广东工业大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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