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船闸闸门门头运行轨迹检测方法研究
| 论文题名： | 船闸闸门门头运行轨迹检测方法研究 |
| 关键词： | 船闸闸门;门头运行轨迹;点激光光斑成像;光斑中心坐标;激光跟踪测量 |
| 摘要： | 船闸是重要的水运交通枢纽，闸门是船闸工程中的关键运转部件，其运行状态直接关系到船闸的平稳、安全运行。船闸闸门的运行状态与闸门水下部件磨损、水下障碍物等多个因素有关，但水下检测的难度较大，主要采用检测门头跳动量的方法间接分析闸门的运行状态。目前，闸门门头跳动量检测主要采用经纬仪测量，在闸门处于若干开度时人工读取标尺数据，无法实现在线、全行程检测，且数据记录不便。采用全站仪方法检测精度较高，但价格昂贵，实际应用中难以得到推广。因此，本文针对两种常见的横拉闸门和人字闸门，分别开展了基于点激光和激光跟踪的船闸闸门门头运行轨迹检测方法研究。 分析横拉闸门的检测需求，提出基于点激光光斑成像的横拉闸门门头轨迹检测方法，对光斑图像预处理后阈值分割得到光斑区域，采用Canny算子检测像素级光斑边缘，采用基于Zernike矩的亚像素边缘检测算法提升光斑边缘检测精度，利用最小二乘椭圆拟合获取闸门运行过程中的光斑中心坐标，形成门头运行轨迹。针对实际应用中由于现场反光等问题造成的图像干扰，采用Hough圆形检测、孔洞填充等方法排除光斑外目标。 构建横拉闸门门头运行轨迹检测系统，在Qt平台采用C++开发系统软件，实现轨迹数据的存储和显示。分析轨迹数据的波动情况，发现闸门导轮与门库侧壁之间的碰撞、水下异物、闸门X向轨迹不重合等问题，与实际情况一致。根据近6个月的门头轨迹数据分析底平台的磨损规律，结果表明：底平台磨损较轻时Y向轨迹变化非常缓慢，反映其磨损较慢，与时间近似直线关系；当Y向轨迹变化与时间呈二次函数关系时，底平台加速磨损，并与实际情况进行对比。 针对人字闸门的检测需求，研究基于激光跟踪测量的门头轨迹检测方法：分析PSD中光斑坐标与目标靶镜位移之间的关系，根据PSD中光斑坐标和跟踪转镜与目标靶镜的距离计算目标靶镜的空间坐标；设计采用DD马达驱动的二维跟踪转台，根据Adams动力学仿真结果完成电机选型；采用PID算法实现系统的跟踪控制，根据电机控制量计算得到目标靶镜的位移。构建激光跟踪测量系统，进行了实验室条件下的跟踪测试，结果表明系统重复跟踪精度可达80μm，能实现目标靶镜的有效跟踪。 |
| 作者： | 周凯强 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王化明;朱成刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京航空航天大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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