基于图像处理技术的转辙机实时在线监测的研究

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1、北京交通大学硕士学位论文基于图像处理技术的转辙机实时在线监测的研究姓名：郑霄申请学位级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：王俊峰20090601中文摘要摘要：转辙机作为道岔的电力牵引设备，其工作的可靠性关系到铁路的安全运行。随着铁路运行不断提速，转辙机面临着越来越大的速度和载量冲击，对转辙机实时在线监测越来越重要。所以本文在综合传感器、数字图像处理和CAN现场总线等多种技术的基础上研究并实现了基于图像处理技术的转辙机实时在线监测系统设计。本文在通过分析现有的转辙机监测系统所存在的问题基础上，提出了一种开放型的系统模型，通过分层的设计方法，提高了系统的灵活性和兼容性，方便系

2、统对各种新技术应用和融合，使转辙机监测系统的以后改进避免了从整体到细节的面面俱到的整体考虑设计，而可以专注于某一层的设计。论文重点研究和分析了转辙机的缺口位移监测，提出了通过对转辙机表示杆末端的图像识别处理来间接实现对缺口监测的方法。重点分析设计了图像采集单元和图像识别处理单元两部分。图像采集单元负责采集表示杆末端图像，通过背景差分法快速的、定性的分析目标的移动状况。在表示杆动作完成后，把其末端图像向上层图像处理单元传输。图形采集单元通过ICMl05C型COMS数字图像传感器采集目标图像，以Altcra公司Cyclone系列FPGA器件EPlC3T144C8为控制和运算核心完成

3、数字图像的处理和传输。通过LZW编码对所要传递到上层图像处理单元的数字图像数据进行压缩，减小传输数据量，提高总线利用效率。上层图像处理单元负责通过转辙机表示杆末端图像完成其位移的定量测量。在分析比较各种数字图像算法的基础上，使用中值滤波的预处理方法减小图像中噪声干扰；通过Sobel算子对图像进行模板卷积运算提取目标边缘；基于最大类间方差阈值的图像分割算法完成边缘图像的二值化操作；通过图像小面积删除算法、修剪和细化多种数字图像算法，到得表示杆末端图像的单像素边缘，完成监测目标图像的特征曲线提取；最后通过对特征曲线链码和质心等来描述识别表示杆末端边缘特征，得到其位移量，从而实现对转

4、辙机缺口进行监测目的。最后，完成图像采集单元硬件电路的设计和PCB的绘制，并调试可靠运行。在此基础上，在VC++编程环境下完成上层图像处理的设计。本论文中有图53幅，表5幅，参考文献45篇。关键词：转辙机；缺口监测；图像处理；CAN现场总线分类号：U284．91ABSTRACTABSTRACT：Asaelectricalmachinefortowingtheswitch，thereliabilityofthepointswitchishighlyrelatedtothesafeoftherailwayoperation．Withthecontinuedaccelerationo

5、frailwayoperation，theswitchisfacingwiththehigherspeedandincreasingimpact．Soitisgettingmoreandmoreimportanttomonitortheswitchinreal—timeonlinemode．Therefore，combiningintegratingsensors，digitalimageprocessingandCANfieldbussuchasawiderangeoftechnology，thispaperstudiesandrealizesareal-timeonline

6、switchmonitoringdesign．Byanalyzingtheproblemsintheexistingswitchmonitoringsystem，thispaperproposesanopensystemmodel．Throughthehierarchicaldesignmethodtoimprovetheflexibilityandcompatibilityofthesystem，itbecomesmoreconvenienttoimprovethesystembyintegrationofnewtechnologies．Thispattemavoidsthe

7、overallcomprehensiveconsiderationoftheoveralldesignonswitchimprovement，andCanconcentrateonthespecificlayertodesign．Thepaperfocusesonresearchandanalysisoftherailwayswitchclose—gapmonitoring．Itputsforwardamethodthroughmonitoringtheendofindicationleve