基于线结构光的钢轨轨头磨耗测量方法研究

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1、密级：公开论文类型：应用研究工程硕士学位论文基于线结构光的钢轨轨头磨耗测量方法研究ResearchonMeasuringMethodofRailHeadWearBasedonLineStructureLight培养单位：电气与电子工程学院专业领域：电气工程学生姓名：王永胜校内导师：马增强教授校外导师：刘占阳正高级工程师二○一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得

2、石家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者

3、签名：日期：导师签名：日期：摘要钢轨作为铁路轨道的关键组成部分，直接承担着车辆与钢轨间的所有作用力，工作环境恶劣。钢轨轨头严重磨耗会影响轮轨接触状态，给车体造成周期性的冲击，对铁路设备和运输客货产生不利的影响。我国当前钢轨磨耗的检修测量仍以人工检测方法为主，检修工作效率较低、检测结果与状态诊断受维修人员主观因素影响较大，因此发展高效精确的轨头磨耗测量技术对维护道轨状态、保障运输生产安全具有重要意义。在国家自然科学基金项目“高速机车轮轨动力学计算机视觉实验研究”的支持下，本文以图像处理与线结构光测量技术为基础进行了钢轨

4、轨头磨耗测量方法的研究，主要工作如下：首先，通过归纳总结当前国内外多种模态钢轨轨头磨耗测量方法的优点与不足，选择了基于线结构光的钢轨轨头磨耗测量基本方案，并根据测量钢轨轮廓的几何特点设计了钢轨轮廓配准特征点与磨耗计算特征点的计算方法。其次，根据钢轨轨头磨耗的测量需求完成了钢轨轮廓图像处理软硬件平台的选择与搭建，并基于张氏相机标定法设计了一种简单的线结构光测量系统标定方法，实现了钢轨轮廓结构光图像坐标与相机空间坐标的精确转换。然后，针对铁路应用中结构光光条图像易受环境干扰问题，提出了一种基于Lab空间的改进MSRCR图

5、像增强算法。该算法可以显著改善低照度与雾霾环境下结构光条图像质量下降问题，使结构光条图像的颜色与细节均得到了增强，为后续的图像处理与钢轨轮廓重建打下基础。再次，根据图像处理技术对结构光图像光条区域进行分割、滤波与去噪处理，并采用改进的Hessian矩阵光条中心提取算法完成单像素钢轨轮廓曲线的提取，获得了良好的运算效率。最后，结合标定与测量结果完成了钢轨轮廓曲线重建、配准和磨耗评价，实现了钢轨轨头磨耗参数的测量。通过将本文方法测得的不同型号标准轨、磨耗轨数据与miniprof钢轨磨耗测量仪采集数据比较分析，验证了本文方

6、法的稳定性、精确性，可以满足非接触钢轨轨头磨耗测量的应用要求。关键词：线结构光；轨头磨耗；系统标定；MSRCR；图像处理AbstractAsakeypartofrailroadtracks,therailroadtracksbearalltheforcesdirectlybetweenthevehicleandtherails.Itsworkingconditionsareverypoor.Severelywornrailheadscanaffectwheel-railcontactconditions,causin

7、gperiodicimpactonvehiclebody.Atthesametime,itwillhaveanegativeimpactonrailwayequipmentandtransportation..ThecurrentinspectionandmeasurementofrailwearinChinaisstilldominatedbymanualinspectionmethods.ThiskindofmaintenanceisInefficientandtheinspectionresultsandmai

8、ntenancestandardsaregreatlyinfluencedbythesubjectivefactorsofmaintenancepersonnel.Therefore,itisofgreatsignificancetodevelopanefficientandaccuraterailheadwearmeasurementtech