基于图像处理之高速铁路轨道验收

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1、基于图像处理之高速铁路轨道验收第一章绪论1.1引言铁路运输在我国的交通运输中占有非常重要的位置。中国铁路用6%的营业里程，完成了24%的运输量，是世界上最繁忙的铁路。为解决铁路运力不足的问题，我国大力发展高速铁路。高速铁路显著提高了运输效率，产生了巨大的经济效益和社会效益。高速铁路的轨道是铁路运输的重要技术设备,它支承和引导列车车轮,直接承受来自竖向、横向和纵向的作用力。轨道应具有足够的强度、稳定性和合理的修理周期，保证机车车辆在规定的最大载重和最高速度下运行时的安全。轨道状态检测系统是保障高速列车安全运行的重要的技术手段，是轨道

2、基础设施检测的重要技术装备。高速铁路的发展同时对铁路轨道提出了更高的要求。高速铁路的安全运行，需要高质量的轨道检测设备来保障。各国的高速铁路都有自身的特点，日本的高速铁路客货分开，在美国有专门的重载铁路，我国的铁路，运输条件复杂，具有客货混运、运输密度大等特点。我国的高速铁路轨道在列车通过时需要承受载荷频率和大小变化的影响。同时，随着第六次铁路系统大面积提速，我国铁路已大踏步进入高速时代。可见，高速铁路轨道检测技术开发已经十分迫切。高速铁路要求轨道保持高平顺性，否则，轨道微小的变形就可能引起机车与轨道间的巨大冲击，损坏轨道，影响机

3、车的安全运行。轨道的不平顺与很多因素有关，其中与桥梁、道床、路基变形和轨道铺设精度直接相关的为中长波不平顺，会引起轨道高低、轨向、水平、扭曲和轨距偏差等局部孤立存在的不平顺；与钢轨平直度和钢轨表面有关的短波不平顺、焊缝不平顺、新轨平直度、轨头剥离、掉块、擦伤、不均匀磨耗等表面缺陷[1]。铁路轨道的状态密切关系到车辆运行的安全，铁路轨道检测设备是识别轨道状态的重要手段，借助于轨道检测设备可以及时的发现问题，对轨道进行维护和修理，避免重大事故的发生。本论文研究车载式的高速铁路轨道检测技术，将检测设备安装在机车上，随着机车的行进，检测设

4、备对铁路的轨道状态进行实时检测。.1.2轨道检测技术的国内外发展现状随着计算机技术的飞速发展，世界各国的铁路技术部门都开发各自的高速铁路管理系统，高速铁路轨道检测系统是其中一项关键技术。国外的高速铁路轨道检测系统经过多年的发展,已经形成了一套很完善的管理体制。我国对铁路轨道检测技术的研究起步较晚，但也取得了显著地成绩。国外的铁路轨道检测技术，从自身的特点出发，有各自的侧重点，但目的都是为了保障铁路的正常运行，提高铁路的运行效率。表1-1对国外的检测技术作了简要的介绍。本文中也同样采用了非接触测量的方式，对高速轨道进行检测。国外依靠

5、先进的计算机技术，高速轨道检测系统的稳定性、可靠性有了较大改善，检测项目也越来越全面。轨道检测技术依托先进的网络传输技术，将采集的实时数据，传送到计算机的终端，对数据进行处理。国外根据自身的特点设计的检测车，在精度和操作方面很明显不符合我国的现行国家标准。例如日本的轨道运输载荷较小，且日本正在推广无砟轨道的建设，所以对于国外的技术，应该有选择的吸收和改进。..第二章轨道图像检测系统设计2.1方案设计2.1.1系统的要求和基本的设计思想轨道图像处理系统是针对性极强的系统，要求有测量精度和速度：对轨道图像的测量误差要在±

6、0.5mm的范围内；检测速度要在每秒10张轨道图像。根据与轨道测量人员的多次深入讨论，确定的设计思想如下：(1)系统的硬件适合在图像采集现场进行使用，采用可靠、通用的技术手段；(2)对轨道图像进行预处理，提高图像的整体质量；(3)检测轨道缺陷的过程中，图像处理算法要成熟、可靠；(4)轨道尺寸检测过程中，图像的边缘定位准确。2.1.2系统总体工作流程成像子系统获得现场的轨道数字图像，通过接口单元传给图像处理子系统；后者对数字图像进行分析处理，进行轨道的缺陷识别、轨道的尺寸测量；数据处理系统对结果进行保存。为了保证实现上述的设计思想，

7、在系统的硬件配置和软件设计平台的选择上，进行了细致的论证。通过分析轨道图像测量精度、图像采集环境、可靠性和自动化方面的要求，决定图像的采集系统采用目前先进的数字成像系统和工业摄像头。为了确保采集工作的稳定性，安装了避光罩。2.2轨道图像处理系统硬件设计从轨道图像检测系统的硬件资源角度来分析，成像子系统中包括图像采集模块、信号传输、图像处理计算机和系统服务器。硬件的选取直接影响图像的质量，硬件系统决定了系统的可靠性和测量精度[16]，直接影响着轨道表面缺陷的检测和轨道尺寸测量的结果。工业摄像机的选取是轨道尺寸测量系统硬件设计的重要环

8、节，对系统采集的图像质量产生直接影响。工业摄像机在性能上优于普通相机，其特点是：能够在高速、高压、高温度等特殊恶劣的环境下进行图像采集；可以精准的捕捉图像形态；可以通过对外部设备的控制实现同步控制；可靠性强且具有抗震性等。根据轨道图像采集的要求，对