基于激光摄像技术的钢轨波磨检测方法研究

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1、基于激光摄像技术的钢轨波磨检测方法研究康高强李春茂秦莉娟华东交通大学电气与自动化工程学院摘要：口前常用的钢轨波磨检测方法有弦测法和惯性基准法，弦测法传递函数不恒定，惯性基准法受车速影响大。针对钢轨波磨检测方法的缺点，提出了一种基于激光摄像技术的波磨检测方法，通过多传感器并行工作对钢轨轮廓进行高频率采样，通过FPGA（现场可编程门阵列）对传感器获得的光条图像进行ROI（RegionOfInterest）提取，将图像的ROI传送至上位机提取轮廓数据，进而完成钢轨的波磨信息提取。论证了通过多传感器并行工作提高钢轨轮廓的采样频率的可行性,在X

2、ilinxSP605开发板上实现了光条图像R0I的实时提取。试验表明，R0I提取能够有效减小通信的数据量。关键词：轨道交通;钢轨波磨;检测方法;并行采样;图像R0I提取;收稿日期：2015-10-20基金：华东交通大学校立课题（15DQ02）RailCorrugationDetectionMethodBasedonLaserImagingTechnologyKANGGaoqiangLIChunmaoQINLijuanSchoolofElectrieandAutomationEngineeringofEastChinaJiaotongU

3、niversity;Abstract：Thepresent,chord-basedmethodandinertialreferencemethodaretwocommonrailcorrugationdetectionmethods,butthetransferfunctionofthechord-basedmethodisnotconstantandtheinertialreferencemethodisoftenaffectedbyvehiclespeed.Inthispaper,acorrugationdetectionmeth

4、odbasedonlaserimagingtechnologyisproposedinlinewiththeabove-mentioneddefects.Railprofileissampledathighfrequencybyparallelsensors,theROI(regionofinterest)oflightstripimageisextractedbyFPGA(fieldprogrammablegatearray),thentheROIistransferredtohostPCforrailprofiledataextr

5、action,therailcorrugationdetectionisfinallycomplctcd.ThefcasibilityofincTcasingrailprofilesamplingfrequencybyparallelsensorsisproved,therealtimeextractionoflightstripimageROIhasbeenachievedintheXilinxSP605evaluationkit.ExperimentalresultsshowthatROIextractioncanreduceth

6、edataamountofcommunicationeffectively.Keyword：railtransit;railcorrugation;testingmethod;parallelsampling;RO仃regionofinterest）extraction;Received：2015-10-20列车运行过程中，由于轮轨相互作用及钢轨加工工艺等原因，钢轨顶面沿纵向会出现规律性的类似波浪形状的不平顺现象，简称钢轨的波磨。它是造成列车振动以及车内异常噪声的主要原因之一止21。因此，需要对钢轨波磨进行定期检测，为线路养护维修提供

7、科学依据。目前，钢轨波磨检测方法主要有惯性基准法和弦测法。这两种方法都有明显的缺点，惯性基准法以物体运动加速度的测量为基础，对检测车的速度敏感，在低速时测量误差较大;弦测法的传递函数幅值不恒定，会造成检测数据的失真，甚至会岀现虚假波形［3-4］。钢轨轮廓数据中包含着丰富的钢轨几何信息，文献［5-6］采用激光摄像机技术，以0.3m左右的间隔对钢轨轮廓进行采样，通过计算测量轮廓与标准轮廓之间的差值实现了钢轨磨耗的动态测量。对钢轨轮廓进行高密度、小间距釆样，从轮廓数据中提取出钢轨的高度，则从钢轨高度值序列中即可获得钢轨波磨信息。要减小采样间

8、隔，就需要提高系统釆样频率。随着采样频率的提高，采集系统产生的数据量势必增加，进而需要实时处理大量的图像数据。FPGA（现场可编程门阵列）在实现应用程序的功能时为每个功能都建立单独的硬件，因此它具有并行处理的内在特点，这