基于机器视觉的嵌入式铁路异物侵限检测系统研究

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1、学校代码：密级：公开硕士学位论文基于机器视觉的嵌入式铁路异物侵限检测系统研究作者姓名柴华学科专业机械电子工程指导教师史红梅副教授培养院系机械与电子控制工程学院二零一五年三月办龛交遂义攀硕士学位论文基于机器视觉的嵌入式铁路异物侵限检测系统研究作者：柴华导师：史红梅北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权

2、说明）学位论文作者签名导师签名：签字闩期：年名月（签字闩期：年月円〒校代码：密级：公幵北京交通大学硕士学位论文基于机器视觉的嵌入式铁路异物侵限检测系统研究作者姓名：柴华学号：导师姓名：史红梅职称：副教授学位类别：工学学位级别：硕士学科专业：机械电子工程研究方向：机电系统控制及自动化北京交通大学年月致谢本论文的工作是在我的导师史红梅副教授的悉心指导下完成的，史红梅副教授积极认真、严谨治学的态度对我的科研道路产生了极大地影响。在她无微不至的关怀指导下，我不断修正自身的缺点，找到适合自己的研究领域和方向。在此衷心的感谢史红梅副教授两年半来对我倾注的心血。感谢王尧师兄在本论文的研究和设计期间对

3、我的耐心指导和帮助，并且提出了许多可行性的建议，帮助我解决了科研过程中出现的难题并顺利完成了本论文的撰写。在此同样要感谢郭保青副教授和朱力强副教授，他们对我的科研工作和论文内容都提出了许多宝贵意见，也为我提供了诸多研究和实验的便利条件。在两年半的科研和论文撰写期间，王中卫、白彪、李浩等同学对我的研究工作提供了热忱的帮助并提出了许多建设性的意见，在此向他们表示衷心的感谢。最后十分感谢我的家人，是他们的理解和支持支撑我专心科研并完成学业。在两年半的学习工作中，我成长了许多，这离不开所有对我提供帮助和关心的人，在此向所有给予者表示真诚的感谢！北京交通大学硕士学位论文中文摘耍摘要随着我国高速铁

4、路飞速发展，如何保证运营安全成为关键。在众多影响高速铁路行车安全的因素中，异物侵限问题随着列车运行速度提高、制动距离增加而愈发突出，而仅靠司机观察和人工巡检的预防措施已不能满足运营要求。因此，在铁路沿线重点路段安装异物侵限检测装置，及时准确地发现异物并报警对铁路系统的安全运营发挥着至关重要的作用。论文设计了基于机器视觉和嵌入式技术的铁路线路异物侵限检测系统。系统采用基于的嵌入式异物检测硬件平台，设计了一套基于机器视觉的目标分类和目标跟踪异物检测算法，通过沿线布置分布式检测节点的方案实现在线侵限异物检测功能。论文首先设计了基于的硬件检测平台，利用、图像采集芯片实现图像釆集和预处理功能；通

5、过移植嵌入式以太网协议栈结合以太网硬件接口实现了以太网通信功能；通过运用文件系统配合芯片内部的通信接口实现了卡文件读写功能；同时，利用芯片丰富的接口设计了一套完整的通信方案。通过实验验证了硬件平台从图像采集到以太网传输的整体功能流程。论文重点研究了基于异物目标分类和运动行为分析相结合的嵌入式异物侵限检测算法。算法釆用两级判别结构，首先利用支持向量机（及一组特征向量对背景差分图像得到的异物目标进行分类，根据分类结果滤除大部分行进列车目标，之后运用滤波器设计目标跟踪算法，对其余目标进行行为和运动趋势分析，滤除其中非侵限干扰信息，提高报警准确率，并对有侵限趋势的异物提前预警。通过实际运营铁路

6、线路的多次现场实验，异物检测系统的异物报警准确率达到，误检率和漏检率均低于，平均检测频率达帧秒。实验结果表明，本论文设计的基于机器视觉的嵌入式铁路异物侵限检测系统具备了良好的异物检测报警能力，检测准确率和实时性均符合系统需求，高危丨爿标趋势预警也使得系统具有更为广阔的适用范围。关键字：异物侵限检测；机器视觉；嵌入式系统；目标识别；目标跟踪中图分类号：，北京交通人学硕士学位论文，北京交通大学硕士学位论文，：，北京交通大学硕士学位论文录目录觀■课题的背景和意义国内外研究现状国外研究现状」国内研究现状存在的问题论文主要内容和章节安排铁路异物侵限检测系统方案设计铁路异物侵限检测系统网络结构设计

7、铁路异物侵限检测系统硬件平台总体方案基于机器视觉的铁路异物侵限检测系统算法设计本章小结基于机器视觉的嵌入式异物检测系统硬件平台设计相机及基本元件选型相机选型基本元件选型硬件平台总体电路设计以太网传输功能以太网模块电路设计嵌入式以太网协议栈研究基于协议栈的以太网数据功能实现卡数据存储功能卡模块电路设计嵌入式文件系统研究基于文件系统的卡数据读写实现通信功能异物检测系统整体硬件功能实现北京交通大学硕士学位论文本章小结基于机器视觉知铁路异物检测算法设计