谢小玲[1]2002年在《光电式轨道状态动态检测装置的研究与设计》文中指出本论文设计的是利用线阵CCD(电荷耦合器件)和红外线光源对轨道不平顺参数进行检测的“轨道状态动态检测装置”。 论文首先介绍了国内轨道检测的状况和国内外轨道检测设备的发展，分析了各种设备的优劣，并在此基础上提出了采用光电检测技术对轨道不平顺参数进行检测的叁套方案：光敏二极管阵列方式、线阵CCD结合工业控制计算机方式和线阵CCD结合单片机方式。经过多次试验后，将第叁套方案确定为最终方案。文章对第叁种方案的装置组成、测量原理、工作流程作总体叙述后，对装置的硬件、软件做了具体的设计和计算，并对装置在现场使用后的试验数据作了定性分析和定量分析。 装置硬件包括CCD的驱动电路和视频信号处理电路设计、光学成像系统的设计计算、以及轨道检测单元板的设计。CCD的驱动电路和视频信号处理电路采用CPLD(可编程逻辑器件)和HDL(硬件描述语言)实现，文章对CPLD电路中容易出现的多级逻辑冒险竞争情况作了专门的叙述和提出相应的解决方法。为了尽可能地提高CCD的采集速度，同时兼顾CCD和光源的照度匹配，文章计算了CCD的最大积分时间，从而为CCD确定一个恰当的积分周期。 装置软件部分包括轨道不平顺模型的理论分析、轨道真实不平顺的复原理论、地面处理软件的数学模型和轨道不平顺类型的判别算法。 该装置直接安装机车轮轴上，是一种实时、动态的光电检测方式，通过直接测量轮轴运行轨迹曲线的方式，定量给出轨道病害的类型、深度、长度、级别和位置等信息，能够对工务现场线路检查、维修、保养、行车安全监控等工作起到积极的指导作用。
李春霞[2]2008年在《EGS-1123无砟轨道叁维精测小车的研制》文中提出2007年4月18日,中国铁路实施了第六次大提速,跨入了铁路准高速时代。但由于既有线客货混跑等现实情况,我国将终结在既有线上再提速,转而关注高速客运专线的建设,因此,客运专线无砟轨道及其检测装置在我国拥有广泛的市场。针对双块式无砟轨道施工工艺的要求,EGS-1123无砟轨道叁维精测小车采用了“相对不平顺测量+叁维定点测量+叁维连续测量”叁位一体的全能测量系统构架,改进了GJY系列轨道检查仪的相对测量功能,研究了轨道叁维坐标自动测量方法,独创了配套用全站仪的兼容性设计模式,使轨道叁维精测技术达到国外先进水平。本文详细介绍了轨道叁维测量系统方案和叁维精测小车下位机软硬件系统的设计,其中等里程间隔采样控制模块用编码器进行双向定距触发,通过预置数实现采样间隔的局部修正或连续修正,里程测量精度达到0.75‰。2007年11月,中国铁路工程总公司组织国内权威专家对包括该设备在内的双块式无砟轨道施工关键设备进行了现场综合测试与试验,并对EGS-1123无砟轨道叁维精测小车给予肯定。目前该小车已经在温福客运专线、合武客运专线、武广客运专线正式应用。
王伟强[3]2011年在《城轨车辆车轮踏面擦伤检测技术的研究》文中研究说明城市轨道交通是城市公共交通的骨干,具有运量大、安全、快速、环保、节约能源等特点,受到我国许多大城市的青睐。列车作为城市轨道交通的载体,其运行状态直接关系到乘客的人身财产安全；车轮是列车重要的走行部件,车轮踏面擦伤是列车行车事故的隐患之一。因此,对踏面擦伤的检测就显得尤为重要,如何对其进行高效、准确地故障诊断是值得研究的问题。本论文源于国家863计划项目“城市轨道交通列车在途监测与安全预警关键技术”。该项目旨在提升我国城市轨道交通安全保障水平和能力保持水平,为我国城市轨道交通的可持续发展提供基础性和全局性技术与装备支撑。1.介绍了城市轨道交通车辆的相关知识,分析了车轮踏面擦伤的典型故障及其危害,比较了目前国内外采用的各种在线检测方法,然后选择振动加速度法作为检测踏面擦伤的主要方法。2.根据踏面擦伤振动信号的特征,本文采用S变换的时频域分析算法对踏面擦伤信号进行特征提取和定位,以此,设计了基于振动信号的踏面擦伤检测子系统,并对实测数据进行了验证,检测效果甚好。3.为防止加速度振动法检测踏面擦伤出现误判、漏检等问题,本文提出了应用踏面的表面粗糙度作为检测踏面擦伤的一个指标,利用先进的激光技术和光纤技术,设计了基于激光散射特性的踏面擦伤检测子系统,并进行了理论分析,验证了其可行性。4.最后给出了两个系统实现踏面擦伤检测的具体算法,形成了以“地面系统”为主,“车载系统”为辅的综合检测系统,提高了踏面擦伤检测的效率和整个系统的可靠性。
陈利娟[4]2011年在《非接触轨距检测系统设计》文中研究说明轨距超限会影响车辆运行的平稳性以及旅客乘车的舒适度,严重时产生钢轨侧面磨耗和轮缘磨耗,从而改变轮轨关系,造成爬轨等安全隐患。为了适应快速、重载需要,保障列车无间断、安全、平稳的运行,开展“高精度、实时、抗干扰强、智能化轨距检测系统”的研究课题势在必行。本文对国内外轨距检测设备充分调研之后,分析出目前国内外的轨距检测设备各有优缺点,参照铁路有关部门实际轨距检测的需要,采用了非接触式主动光学测量方法。设计了优化的测量方案,其中包括采用了具备高速DSP技术的激光摄像一体化装置,提出了修正轨距的方法,采取了软硬件抗干扰措施,编程实现了具备友好界面的前端数据处理应用软件系统和后端分析应用软件系统,设计了多角度的测试方案。开发出了一套具备高精度、实时性好、检测速度高、安装简便、高抗震、强抗干扰、长寿命、高稳定性、智能化、低成本的轨距检测系统。本文首先阐述了非接触轨距检测系统的总体设计方案,其中包括：按照铁道部规定的标准提出了检测系统的总体参数要求、提出了系统提供的功能、检测系统结构设计、应用软件系统设计需求和传感器选型参数指标要求、模拟信号处理装置设计要求。其次,在第叁章中介绍了检测系统的构建研究工作,其重点研究的内容为：检测设备的选型、开发平台的选择、前端数据处理应用软件系统的开发工作。再次,提出了检测系统的测量方案,其主要研究内容有以下几点：传感器使用的研究、里程和速度检测方法的研究、构架相对轴箱角度检测方法、抗噪声干扰方法的研究、检测设备安装方案、计算轨距算法。最后介绍了检测系统的测试方法与测试过程,按照设计在“试车线”线路和“正线”线路上设备已测试通过,并且检测效果良好。理论分析与实验结果不仅证明了轨距检测的正确性,并且还证明了检测系统具备精度高、重复性好、检测速度快、实时性好、抗电磁干扰强、抗震强、高稳定性、易操作性、智能化等特点。
李宁睿[5]2017年在《中低速磁悬浮轨道检测装置的开发与研究》文中进行了进一步梳理中低速磁浮列车运行轨道不同于普通轮轨列车运行轨道,现有检测设备还难以达到快速精确高效的检测要求。针对磁悬浮轨道形状的特殊性(F形轨道),很有必要研究和开发一套中低速磁悬浮轨道检测装置,装置应包括数据采集、存储、处理和结果显示等功能,实现对磁悬浮F轨快速、精确和高效测量,为轨道检修提供具体数据。在检测装置的研发过程中对直线度误差测量和高低不平顺误差测量两个方面进行了深入研究,并对这两种测量方法存在的问题和局限性提出了改进方案和算法。对于本次开发与研究的内容,论文准备从下面几个方面展开:在分析国内外现有中低速磁浮轨道检测技术的基础上,针对F轨在里程、轨距、磁极面直线度和高低不平顺度、轨缝间距和轨排偏差等方面的检测要求,设计了一套快速高效的轨道检测装置,为轨道参数的精确检测提供了研究基础。中点弦测法测量磁极面轨向高低不平顺的局限性主要表现为测量值幅值增益和“以小推大”过程中的计算误差放大问题。提出通过确定幅值增益传递函数值消除幅值增益误差的影响,并在“以小推大”过程中提出采用中间点递推法来解决计算误差放大问题,以获得较精确的磁极面高低不平顺误差计算值。在分析现有磁极面直线度检测方法的基础上,采用二维激光轮廓传感器对F轨磁极面进行数据测量,运用最小包容法评定直线度误差值,针对最小包容法数学模型求解困难,难以求得精确值的局限性,提出采用概率论以及统计学的研究思路和研究方法,利用大数定律求解简化后的数学模型,求得直线度误差值的精确值。最后,利用开发的检测装置和参数计算方法,设计开发了一套检测软件,系统具有实时采集数据、显示和存储等功能,并对数据处理过程中的滤波问题开展深入研究,针对检测参数设计了相应的滤波方法。在试验线路上将轨检装置获得的测量数据与传统手工检测方法得到的数据进行了对比分析,证明研究开发的中低速磁浮轨道检测装置检测效率高,可以满足精确测量要求。
左玉良[6]2007年在《轨道几何状态检测技术的应用研究》文中研究指明铁路轨道结构几何状态的好坏直接影响铁路行车的安全性、平稳性和舒适性。2007年我国既有线开行最高时速为200～250km/h的动车组,同时开行时速120km/h的重载货物列车。快速列车运行要求轨道经常保持高平顺性,而重载货车对轨道的破坏力对经常保持高平顺性提出了挑战。在线路动态检测方面逐步形成了以动车组综合检测车和轨道检查车检查为主,车载式线路检查仪、便携式线路检查仪为辅的检测体系。静态检查从传统的手工检查向以机械电子线路检查仪、叁维精密测量系统等新型检测手段转变。随着检查监控体系的逐渐完善,研究这些检测技术如何更好对我国轨道几何状态进行控制有着重要意义。本文在文献阅读和资料调查的基础上,以铁路轨道几何状态的检测技术为基础,以上海铁路局管辖的京沪线、沪昆线的轨道结构为研究载体,着重探讨了轨道几何状态检测技术在应用过程中所涉及的主要问题,如线路检查仪的性能评估、轨道几何状态变化规律的评估方法等内容。故本文从以下几个方面进行了阐述:1.在综合分析和总结国内外轨道几何状态检测技术与方法的基础上,简要分析了引入准静态轨道检查设备的必要性和迫切性,并以GJY-T-4、GJY-H-3、车载式、便携式线路检查仪等具有代表性线路检查仪为例,对其检测原理、使用方法等作了简要说明,然后结合上海局管辖干线线路的提速试验及提速后日常检测数据,对其检测性能做了具体的数据对比与分析。最后,综合各种检测方案,对比分析结果,提出了针对性的意见与建议,以利于更好地研究和利用线路检查仪这一新型的检测工具。2.在全面分析了轨道几何状态的随机性和波状特性的基础上,借鉴既有的轨道几何不平顺的分析与评价方法,针对轨道几何状态的动态检测数据和静态检测数据之间的相互关系做了详细的现场复核与数据分析,从而获得了动静态之间的相互关系,进一步完善了轨道几何状态评估体系。此外,还结合目前轨道几何状态检测技术的应用现状,提出了轨道几何状态检测方式与检测周期的初步建议。3.综合国内外轨道几何状态分析与评价方法,结合国内轨道几何状态管理的现状,提出了轨道几何状态分析与评价的指标体系、评价方法等。4.利用Visual Basic语言,研制了以轨道几何状态分析理论和分析方法为核心的铁路轨道几何状态质量评价系统。该系统成功解决了轨道几何状态预测、评估、管理等方面的相关问题,为实现铁路轨道结构的状态修奠定了基础,也为轨道结构状态分析与评价提供了高效的手段。综上,本文在分析国内外轨道几何状态检测技术的开发与应用情况的基础上,着重对目前我国大力推广的线路检查仪做了详尽的对比分析,并借助线路检查仪完成了轨道几何状态的动静态对比试验与分析,从而为深化了解和掌握轨道几何状态的变化规律和相应的养护体系、评估体系及方法等提供了有效、可靠的技术支持和数据支持。但是,尚需进一步将轨道几何状态的检测周期研究中的相关问题具体化、细致化,以便更好地指导实践,同时,也需要结合最新的技术和方法,完善轨道几何状态评价方法,提高轨道几何状态评价的科学性、针对性、可靠性。
纪淑波, 徐希江, 任凤飞[7]2005年在《光电式钢轨状态检测系统研究》文中研究说明采用激光近红外线状光源、CCD技术及计算机图像处理等技术,对轨道的不平顺进行检测,获得其不平顺参数,给铁路的安全运行提供了可靠的信息依据。
占栋[8]2015年在《线结构光视觉测量关键技术及在轨道交通巡检中应用》文中进行了进一步梳理近年来,轨道交通在中国得到了突飞猛进的发展,不断增加的运营里程数据表明,中国轨道交通骨干运输网已经基本形成。未来,轨道交通发展将由大规模建造逐步转入长期安全运营维护和管理阶段。作为轨道交通基础设施的钢轨、隧道、接触网,不仅要经受一切自然条件的影响,还需承载高速列车移动载荷,影响其服役安全的因素众多,现场十分复杂。依赖传统人工巡道、人工持便携式测量仪对上述基础设施进行定点测量,显然无法满足现代轨道交通发展需要。没有现代科学维护手段,很难确保其安全稳定运行。如何采用现代科技手段进行轨道交通基础设施维护,成为轨道交通维护部门面临的重要难题。线结构光测量作为现代视觉测量技术重要分支,具有量程大、精度高、柔性好、主动受控等优点,受到越来越广泛关注。将线结构光视觉测量技术应用于轨道交通基础设施动态巡检中,较既有人工静态或步巡检测,具有无法比拟的优势。然而,线结构光视觉测量是一门涉及光学、光电子学、信号处理、模式识别、计算机科学、仪器科学等诸多学科的综合性应用技术,内容十分宽泛,影响其测量的因素众多,面临的实际问题非常复杂。因此,开展线结构光视觉测量关键技术及其在轨道交通基础设施动态巡检中应用研究,对于解决轨道交通基础设施巡检难题,十分关键。鉴于此,围绕线结构光测量技术,对以下关键问题进行研究：(1)要实现线结构光视觉测量,须对系统进行标定。解决多视觉传感器全局标定难题,是决定测量系统成败关键。复杂线结构光测量系统,面临传感器数量多、空间分布广、现场工况恶劣等实际问题。提出按不同传感器测量视角,将复杂线结构光系统标定,分解为公共视角、相邻视角和无公共视角叁类不同问题,并以此为基础,进一步将不同测量视角下多视觉传感器标定,等效变换为多次单个视觉传感器标定及其内外部参数求解和两两逐次换算,建立系统精确测量模型。通过复杂视觉测量系统中不同传感器测量视角划分及其差异化标定方法,有效解决测量系统标定难题。(2)如何提取位于结构光平面内稳定可靠的特征点,一直以来都是困扰光平面结构参数标定的现实难题。针对该问题,提出了一种针形靶标和位移台相结合的运动标定方法。通过光平面与位移台针形靶标相交及其运动,获取足够数量的光平面标定特征点。该方法有效解决了光平面特征点获取问题,相对于传统标定方法普遍存在的特征点数量不足而言,能够显着提高精度。(3)精确的结构光图像特征提取,是系统测量关键环节。传统图像处理算子,显然无法满足高精度测量要求。基于曲线拟合、曲面拟合和特征值分解的数值运算方法,能够获取亚像素精度,但普遍存在运算量大问题。为兼顾图像特征提取算法在识别精度和处理效率方面性能,提出了一种基于脊线跟踪的改进Hessian矩阵特征提取算法。通过脊线跟踪对Hessian矩阵算法改进,避免了原算法对图像整体进行大规模运算问题。改进Hessian矩阵识别算法,在保持原算法亚像素识别精度基础上,有效提高了处理效率。(4)现实中,不同视觉传感器与待测物体之间位姿不同,传感器会受光照条件、待测物表面形状、光路及自身光敏特性影响,导致经全局校准后测量系统,在公共视角内测量相同物体轮廓,往往出现不重合现象。最近迭代点算法(Interactive Closest Points, ICP)作为不同传感器测量数据融合经典算法,在离线处理中应用十分广泛,但对于实时性要求很高的结构光在线测量,由于需对不同点集进行穷尽搜索,一般很难满足实时要求。为此,提出了一种基于k-d树的多视觉传感器测量数据快速配准方法。通过k-d树快速搜索算法引入,切实提高了测量数据融合效率。(5)针对车载动态检测中的车辆振动问题,以钢轨廓形检测为例,系统分析了车辆多自由度振动对钢轨廓形测量影响,探明了车辆不同类型振动对钢轨廓形测量误差影响规律,提出了基于正交分解的车辆多自由度振动解耦和补偿方法,并进行现场测试,试验结果验证了所提方法的有效性。通过线结构光视觉测量技术在轨道交通基础设施巡检中应用,不仅验证了研究方法测试精度、测试效率、现场可行性,同时,切实解决了轨道交通基础设施巡检难题,为轨道交通运营维护提供技术手段。
曹振丰[9]2016年在《基于标签定位的惯性导航轨道检测方法研究》文中认为钢轨在经过使用后,会出现轨道不平顺等影响列车平稳、安全运行的问题,因此需要对轨道进行检测,以便及时地发现、解决轨道不平顺的问题。本文对现有的轨道检测方法进行了分析,轨道状态检测方法主要是:惯性基准法和弦测法,惯性基准测量法能较好的反映轨道状态。轨道状态检测设备主要是大型轨检车和静态检测设备,前者检测精度高,但检测车成本较高且低速情况下检测效率低;后者属于静态检测,不能准确反映出轨道状态。针对地铁、轻轨的轨道状态检测,本文研究并提出了一种非接触式动态检测方法——基于标签定位的惯性导航轨道检测方法。本检测方法是基于捷联惯性导航技术为核心,设计适用于低速检测的轻型轨检车,测量轨道不平顺及轨向不平顺问题,标签定位为轨道不平顺的位置误差校正。基于惯性导航技术在轨道状态检测的应用原理:惯性测量单元的加速度计测量检测载体在空间叁轴向的加速度分量数据;依据陀螺仪测量的空间叁轴向的角速率数据实时更新惯导系统的姿态矩阵,加速度分量通过姿态矩阵变换至地理坐标系;对地理坐标系中的加速度数据进行去噪、滤波处理,通过连续积分运算得出检测运载体在空间的运动位移数值。对轨道区段上的检测基准点连续多次测量,对比各个时期的检测数据,进而可定量得出被测轨道基准点的轨道不平顺信息。本文深入探讨研究了捷联惯导系统中姿态矩阵的更新算法以及惯性测量单元信号的处理方法进行了深入的探讨研究。采用基于四元数的算法求解姿态矩阵,实时更新惯性导航姿态矩阵的坐标系。设计数字积分器实现加速度信号进行二次积分运算,解算得到轨道状态的空间不平顺信息。基于希尔伯特黄(Hilbert-huang)变换的加速度信号滤波处理运算,解决了惯性加速度信号中低频部分的积分运算导致积分器饱和的问题;采用基于连续均方根误差的EMD算法,剔除加速度分量中的低频数据值。本文设计了轨道状态检测的运载体——便携式轨道检测车。该车由六大模块组成,且各个模块之间配有快速拆装装置,通过快速接口重新组装后连接可靠,车身牢固,性能稳定。便携式轨检车的检测速度为20km/h,实现轨道状态的动态检测。标签定位技术是基于射频原理通过读取用于标示地理位置信息的电子标签而获取定位信息,实现目标的精确定位。标签定位系统中的RFID读写器和电子标签分别安装在便携式轨检车和轨枕上。RFID阅读器的工作频率为125KHz,与无源电子标签的读写距离为20cm,相邻两标签之间的安装距离为1km。本检测系统经过单元测试表明,捷联惯性技术在轨道状态检测实际可行;采用的EDM算法能有效的去除加速度分量中的低频成分;便携式轨检车运行平稳,作业精准,性能稳定,上下轨道迅捷;RFID定位系统精确的反映了里程信息,通过对里程进行校核后,能较好的反映轨道不平顺的位置信息。
马骁[10]2017年在《便携式轨道线路状态检测系统研究》文中研究指明随着轨道交通列车的运行速度、行车密度和载重的不断增加,轨道的养护工作难度也在不断增加。目前,轨检车和高速综合检测车能够实现对轨道线路不平顺状态的检测,并且检测项目齐全,但价格昂贵,需要周期运行;巡道工的人工检查手段存在效率低下,依赖人工经验,检测项目单一等问题,已经无法满足天窗时间短、检测频率高的实际工况条件。基于手推式轨检车的便携式轨道线路状态检测系统可以大幅度提高铁路作业人员的检测效率,降低劳动强度,在天窗时间内快速对任意铁路路段进行检测,因此研究便携式轨道线路状态检测车具有重要意义。本文依据我国铁道行业轨道检查设备的设计规范,提出了基于手推式轨检车的便携式轨道线路状态检测系统的设计方案。该系统以惯性基准法为检测原理,基于手推式轨检车的主体结构,通过对轨道及安装于手推式轨检车上的位移计、倾角仪、光纤陀螺仪、加速度计和编码器等传感器进行分析建模,得到轨距、超高、轨向和高低不平顺的检测方案。论文完成了信号采集、数据存储和数据分析,实现对于车体不同姿态和状态下的多传感器数据处理,设计了车体姿态修正和多传感器数据融合算法,有效提高了对于轨距和超高等参数的检测精度。为了验证便携式轨道线路状态检测系统的检测精度和可靠性,在铁道科学研究院环形铁路综合试验基地完成了现场测试实验。在推行速度5km/h、采样间隔为0.307mm时,本系统对轨距、超高的检测示值误差可达±0.5mm,对于轨向和高低的检测示值误差可达±1mm,满足行业标准,验证了本系统能准确和有效的完成对于轨距、超高、轨向和高低这四个参数的检测。
参考文献：
[1]. 光电式轨道状态动态检测装置的研究与设计[D]. 谢小玲. 西南交通大学. 2002
[2]. EGS-1123无砟轨道叁维精测小车的研制[D]. 李春霞. 南昌大学. 2008
[3]. 城轨车辆车轮踏面擦伤检测技术的研究[D]. 王伟强. 北京交通大学. 2011
[4]. 非接触轨距检测系统设计[D]. 陈利娟. 西南交通大学. 2011
[5]. 中低速磁悬浮轨道检测装置的开发与研究[D]. 李宁睿. 湘潭大学. 2017
[6]. 轨道几何状态检测技术的应用研究[D]. 左玉良. 同济大学. 2007
[7]. 光电式钢轨状态检测系统研究[J]. 纪淑波, 徐希江, 任凤飞. 光电子技术与信息. 2005
[8]. 线结构光视觉测量关键技术及在轨道交通巡检中应用[D]. 占栋. 西南交通大学. 2015
[9]. 基于标签定位的惯性导航轨道检测方法研究[D]. 曹振丰. 上海工程技术大学. 2016
[10]. 便携式轨道线路状态检测系统研究[D]. 马骁. 北京交通大学. 2017