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基于面结构光的高速道岔尖轨检测系统研究
| 论文题名： | 基于面结构光的高速道岔尖轨检测系统研究 |
| 关键词： | 高速道岔尖轨;检测系统;点云匹配;面结构光 |
| 摘要： | 高速铁路在为人们带来便利的同时，影响着社会和经济的发展，特别是“加快建设交通强国”规划地提出，为列车的安全运行提出了更高的要求。高速道岔是高速列车从一股轨道进入另一股轨道的线路设备，在列车安全行进中扮演着重要角色。目前，我国的大型轨检车在轨道检测中的发展已经较为成熟，但是由于制造维护成本都非常高，用于工务的日常线路检测较为不便。工务的日常检修和维护中，现有的人工检测工具较为简单，一种工具只能检测相应的一个检测项目，具有效率低、劳动强度大等缺点。基于上述问题，学界和业界对道岔检测都进行了研究，但主要是针对道岔基本轨的检测，而对道岔尖轨、心轨和翼轨等轨道件的检测较少。因此，本文以高速道岔尖轨为主要研究对象，研究了基于面结构光的高速道岔尖轨检测系统。 (1)对面结构光测量原理及其在尖轨检测系统中的适用性进行了详细的研究。通过相移法提取被测尖轨的包裹相位，选用多频外差法解包裹相位，得到完整相位值，然后通过相机标定和投影仪标定实现了对检测系统的标定，使之达到检测场景的需求。对此，本文使用坐标变换及经典的相机标定方法，即选用张正友标定法对相机和投影仪进行了标定，得到了相机和投影仪的内部、外部参数。 (2)基于相位与高度之间的关系和系统的内外参数，实现了对尖轨模型的三维重建。对重建得到的尖轨测量点云进行降噪、下采样及平滑处理，得到光顺平滑的点云数据，并对尖轨点云提取特征，通过SAC-IA算法与ICP算法的结合实现尖轨的测量点云和标准点云的匹配。 (3)设计了基于面结构光测量原理的高速道岔尖轨检测系统。在模拟现场检测情景条件下，搭建检测系统平台。首先选择了精度较高的相机、投影仪和传感器等，组建硬件测量架构。其次，基于VisualStudio2017平台及OpenCV、PCL库，通过Qt软件进行了软件界面的设计和实现，其中数据管理功能能够很好地帮助工人记录管理测量数据。最后，通过在高速铁路正线试验测得的数据与人工检测得到的数据对比，验证了高速道岔尖轨检测系统在尖轨检测中具有较高的检测精度，符合相关检测要求。 |
| 作者： | 袁富国 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 武福;席平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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