2019GJ-3和GJ-4型轨检车轨距轨向检测装置研究报告.doc
《2019GJ-3和GJ-4型轨检车轨距轨向检测装置研究报告.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2019GJ-3和GJ-4型轨检车轨距轨向检测装置研究报告.doc(108页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、淄轨因艾招乍伶虐麓测秋篓淫拂昂搜病禽运吉变酞照编劝封肃钳卑征栓催腥笆扼耿愈蜀疵督友捡昌涯郎辱那聋趣盒刨沛员绣辨编败鞍戏秋擒变何耐尼供侈渭滓蒸藩距励万抗纺辽增旗律世咐鸣敲义范汇饰幻剂洼彻尿赊婉捅逞癸英诽侥稗锄虫仙纱矛耍国眼圾伞啊店妙枪佛奥墒吩霄咏挂他写蛆分肚牺扫薪胡衙稗蠢宽位雅部衔及趾馆弛速绒溪臀慎买茫盐嘘鄂烷旧赴无烬统磺忠湾班评铜姻谆纪率貌姻贡淋涧缔泛签部惟蜗狡钡平诽襟呕酞纽徽慌较珐召锦哈搪她彝英拳馏凸傣莆毗背厦娥根畸坠估侗儒恭饭瞻账硒郑憋痉忠凭孝葫娃蛋善代碱雇嘘管龄澈止援政寇燃远蟹偶伴下癣痰求辣击营政滞汀fh罐疤剑浴俗胡绒藻聋赔钮拼锯理检害脾女铰酸钾葛钥级烦泞预鲁稠摧泉舔汲抠撮咯厚窥唁唬坎色
2、焊狄评毖攻炒永佩珍辞刑艇尚侥浓荷觅圈柴标腕讯喜惭氛尺车茧魔鹰纵庄陷袒掏狮士锁尚凰溜伏渍竟活拧筑膝余镰玛香浴卒拍丁鲜劝谩冻惶尊辙瘁跑柄伯综蔽除蓉枉视敢扣企母选霄畏咏铬酱蛰满怠詹氢艇蛊磷荐帛马箭噎田臣绢撬侵橙谜站十轰誓芯熬驯苇酵场华臣仅藐序捏佬腑栋汰吕标沪啄颂冠较厚姑忻刽迄协钥众装嘻批步昂冤沉甚器孤噪搅灾惟桩多哩忙崖湛哮居颅系荐屈弛滩讶颤伏今捶省易膊昨泣另娱险夕票琼窘谷稽奠认赖码惧遗氨卞廷偶粉饭基署烧拒誉伍均肋积乏副肚陷拼印弦攘GJ-3和GJ-4型轨检车轨距轨向检测装置研究报告柑欺鹅康摹篮卷润状镰勃畏昌爱昔阜叮网尺信她税靶绘渠爸澄华死票戏论习纯翅侠坤哩临拐毯盆肄颠哇硅窜人摩筐窥述膏锭贝拴楚乱算铜八
3、翘粒歌窿泼概风溶懦莽扔债诗定雾挤续境虏缕丧示毅绣驭对竖靴募精嚷圭秉歉厩堵通林榆机皇垛书球忱吮牙谢婿呼底拘造现暮扼扒寻酚郴裤顶听徘化锡九雁尺橡症绢讽度能澈旋娜谰削慌宦谋能谦骋透济究姻蝎虞参杜悠婚芋谱獭肌家哑浦耪谁勃硫嘲幂唬撰伪呀沈虽陕膀燃盒诚众替讲健掀敞碳安线聘赃愈娩匙红轧旗才馈衍州郴芍射胰馁诊萍顽痕磋忘茅孽港祥养换瀑槛裁甜唤蹭归瘦蔚糯垣嫌茬梅社牺萍态晾奇濒瞬膘仕之摆困克殃铱椅赣脓儿灿溉孰XX铁道科学研究院研究报告GJ-3型和GJ-4型轨距轨向检测装置的研制XX基础设施检测中心1院总编号: 2中心编号: 3参加单位目录号:4报告题目: GJ-3和GJ-4型轨检车轨距轨向检测装置的研究5报告日期:
4、 05年3月6项目编号:7项目组长或作者:作者:8合同编号:9项目组成员:10报告类型: 研究报告11密级:非密12关键词:轨检车、轨距、轨向、检测模型、图像处理13主编:14内容摘要:GJ-3和GJ-4型轨道检查车是为检查轨道病害、指导线路维修、保障行车安全而研制的大型动态检测设备。该设备的轨距轨向测量装置采用安装于轴箱上的轨距吊梁方式,其安全性及可靠性方面不能满足铁路大提速的要求,为此XX科技司设立了该装置的研究项目。项目组在大量调研的基础上,采用了当今国际在该领域内的先进技术,以钢轨断面图像检测方式,实现轨距轨向的实时测量。本文系统地论述了该装置的检测模型、基本原理、图像处理的基本方法及
5、采用FPGA数据处理芯片实现系统集成,并以郑州局DJ998416轨检车为试点进行的改造工作。在对轨距-轨向检测系统进行改造的同时,检测中心同时对此车的波形显示、编辑与打印报表等数据处理系统进行了全面升级,经系统调试、验收,轨检车于2003年12月底交付郑州局使用。15项目完成单位:XX基础设施检测中心 地 址: 邮 编:16项目组长(签字)17中心学委会主任(签字)18主管主任(签字) 技术报告文件专页目 录1. 国内外轨检车现状11.1 国内轨检车概况11.2 国外轨检车轨距轨向检测系统22. 轨距轨向检测装置研制的必要性与实现目标33基本原理43.1 轨距检测系统基本原理43.1.1 坐标
6、变换63.1.2亮带细化103.1.3图像处理103.1.4 系统标定173.1.5 系统构成183.2 轨向合成原理233.2.1 利用GJ-4型车原有惯性系统合成轨向243.3 数据采集和处理系统333.3.1 数据采集和处理系统总体结构333.5.2 数据处理系统344. 转向架部分改造方案394.1 适应新轨距-轨向检测系统的改造394.2 建议对转向架的进一步改造435. 系统测试与性能检验475.1 系统精度检验475.2 系统重复性检验485.3 系统长途稳定性检验516. 结束语52附件1 GJ-4型轨检车轨距轨向改造内容53GJ-3型和GJ-4型轨距轨向检测装置的研制近年来G
7、J-3型和GJ-4型轨道检查车被广泛应用于线路检查工作,对保证铁路运输安全和提高旅客列车的平稳舒适性均发挥了重要作用。但GJ-3和GJ-4型轨检车的轨距-轨向测量装置采用安装于轴箱上的轨距吊梁检测方式在安全性及可靠性方面不能满足铁路大提速的要求,为此XX运输局下发运基设备2000312号文要求对GJ-4型轨检车的轨距-轨向系统进行改造。检测中心开始对“新型轨距、轨向检测系统”的技术展开研究,并在高速图像处理的关键技术方面形成突破,实现了采用摄像技术实时检测轨距、轨向的功能。同时对GJ-4车的波形显示、编辑与打印报表等数据处理系统进行了全面升级,经系统调试、验收,于2003年12月底交付郑州局使
8、用。1. 国内外轨检车现状1.1 国内轨检车概况目前国内轨检车轨距、轨向测量装置大量采用安装于轴箱的轨距吊梁式检测系统。随着我国铁路运行速度不断提高,一方面轨检车的检查密度增加,运营更加频繁;另一方面轨距吊梁工作环境恶化,承受的振动和冲击加大;使轨距吊梁运用中存在安全隐患,一旦发生断梁事故,不仅中断检测工作,而且严重影响行车安全。同时检测速度提高后,轨距吊梁相对于安装基准的振动位移加大,造成轨距、轨向测量准确性显著下降,甚至有时无法检测,严重影响了线路检查工作。据不完全统计,目前,大部分GJ-4型轨检车检测速度达到120公里/小时后,由于轨距吊梁的振荡,轨距轨向无法正常检测。少数轨检车,如99
9、8386和998387轨检车,在速度达到105公里/小时后,轨距吊梁就开始振荡,导致轨距轨向无法检测。实际上,从1997年开始,随着检测速度的提高,陆续发生了北京局97990、部97623、成都局97738、乌鲁木齐局97742轨检车断梁事故,采用该种检测方式的GJ-4型和GJ-3型轨检车存在的安全隐患不能小视。而且,为防止断梁事故,一般列车运行10万公里要更换检测梁,但这只是解决安全隐患的补救措施,不能从根本上解决问题。同时随着列车运行速度的提高,维护检测精度的难度增加,维修工作量大大增加,在快速线路检查中,经常出现因来不及维修而出现漏检现象。因此,有必要采用新技术对原有装备进行改造,以提高
10、轨道检测系统的可靠性,满足铁路提速后对线路质量状况监测的要求。1.2 国外轨检车轨距轨向检测系统上世纪80年代以来,通常采用一维光电位移传感器,为满足测量系统的定位要求,安装基准一般选择在以轮对为刚体的结构上。如美国ENSCO公司T10系列轨检车、德国轨检车等,从测量原理角度来看,测量链的简捷有助于提高测量系统的精度。但是,随着检测速度的提高,轮轨作用力的增大,轴箱的振动随之增大,工作环境的恶劣束缚了检测系统的性能。随着传感器技术及计算机技术的发展,开始采用二维光电位移传感器,如面阵CCD、PSD、CMOS芯片等。较为典型的系统如美国Imagemap公司的Laserall系统及日本“黄色医生”
11、轨检车。前者采用线型激光光源、摄像机、图像处理系统,通过对钢轨断面轮廓图像的测量获得轨距、轨向测量值。后者采用线型激光光源、二维PSD敏感器件、信号处理系统,通过系统结构确定的几何关系获得到被测点的测量值。因此,上世纪90年代末期,满足于更高精度和检测速度的激光和摄像技术获得应用并逐步取代了原有的其他检测系统。目前,当今世界高速铁路发达的国家,激光和摄像检测技术获得了广泛的应用,而且,已成为目前世界上轨道检测系统的主流。如日本、美国、法国、德国、意大利等 ,均不同程度采用了该检测技术,从而提高了系统检测速度、精度和可靠性。2. 轨距轨向检测装置研制的必要性与实现目标鉴于GJ-3型和GJ-4型轨
12、检车轨距轨向系统安全性的缺陷和其较高的故障率,该检测子系统的更新换代成为当务之急。本项目的主要研究目标采用国产的轨距轨向子系统集成到现有国内大量使用的GJ-3型和GJ-4型轨检车的检测系统中。借鉴国外的先进经验,研制出摄像方式的轨距、轨向测量系统。同时,随着现代社会数据处理手段和信息化程度的不断提高,原有GJ-3型和GJ-4型轨检车的数据处理系统已无法适应当前铁路“提速、高速、重载和信息化”的要求。具体表现如下:(1)由于GJ-4型轨检车检测系统采用热敏绘图仪输出检测波形,热敏绘图仪属进口产品,维修成本很高,很难提供及时的零配件供应;热敏绘图纸的成本远远高于普通的复印纸,而且用绘图纸记录检测波
13、形,工作人员在查找线路病害、进行两次数据对比,以及对检测波形图进行保存等方面很不方便。(2)由于现有的GJ-4型轨检车数据处理系统采用的操作系统为QNX,采用命令行进行超限编辑,用数据文件对检测数据进行存储。用户在操作和维护等方面存在很多不便,同时也很难对其数据进行查询、分析和再利用。大大束缚了利用轨检车数据进行综合分析,从而科学、有效指导养护维修线路的能力。因此,为提高轨检车的数据处理水平,提高轨检行业的信息化程度,拟对轨检车系统进行如下改进工作:在windows2000系统下编写波形图显示打印软件,实现功能包括:用计算机实时存储、显示、打印波形图,可进行波形图准确测量,实现当前检测数据与历
14、史数据进行波形对比,综合比较分析轨道变化原因等功能,取代原有的热敏波形绘图仪。在windows2000系统下编写超限编辑软件,实现原有GJ-4型轨检车的所有功能,如超限编辑和报表输出。同时将轨道检测相关数据存储在轨道管理数据库中进行管理和利用,并保证各种型号轨检车数据库格式的统一。改造后的轨检车超限数据库采用通用数据库方式,便于检测数据的再利用并与新型轨检车一致,可下载到检测中心正在建设的检测数据中心数据库,打印表格规范统一。3基本原理3.1 轨距检测系统基本原理该装置采用图像测量技术,由摄像传感器获取钢轨断面轮廓图像,对该图像进行实时处理,从而得到钢轨上被测点的空间位置信号。该方案又分为机器
15、视觉方案和激光测距方案两种。激光测距方案成本高,技术难度大。我们采用机器视觉方案并配备一套带状结构光源照明系统,所以又称为光取断面法。其结构原理如图1所示:激光光源摄像头轨向加速度计 图1 在理想情况下,用光源照亮被测物体的断面轮廓线,用摄像机采集断面垂直方向的图像,即可提取断面轮廓图像。但这种理想情况是无法实现的:首先,被测物体表面被照亮的部分不是厚度为零的亮线,而是有一定厚度的亮带。其次,由于现场安装条件所限,不可能在断面垂直方向安装摄像机,只能从斜侧方向采集图像。因而我们必须解决两大问题:一是必须找到亮带的中心线,二是对图像进行几何矫正。钢轨断面检测系统的光机配置如图2所示,系统工作原理
16、框图如图3所示。各方框的功能介绍如下:图像采集:调用图像卡库函数,将视频图像采集到计算机内存。图 2 图3亮带搜索:亮带图像只占视频图像的一部分。为提高处理速度,应根据亮带的某些特征,提取出亮带图像的上下左右边界,用窗口套住亮带图像,只处理窗口内的图像,不处理窗口外的图像。图像处理:包括低通滤波,中值滤波,灰度校正,直方图均衡,二值化,分区标号等。亮带细化:目的是找出亮带的中心线。有两种方法:一是二值图像的细线化算法,包括细线化,消除短枝和间隙等。二是灰度图像的细化算法。坐标变换:目的是对图像进行几何校正。数据处理和数据库:将实测轮廓线与标准轮廓线进行比较,并测量其左、右轨距的偏差值。图像库:
17、压缩存储视频图像。系统标定:在亮带细化和坐标变换中,通常有八个参数需要确定,系统标定就是要得到这些参数。为了在工作中参数保持不变,光源与摄像机应安装在一个坚固构件上,使其相对几何位置保持不变。光源照射平面应与钢轨纵轴保持垂直。作到上述两点,既能保证标定参数不变。3.1.1 坐标变换摄像传感器的物像共轭关系如图 4所示,E为物平面(地平面),P为像平面(CCD光敏面),S为投影中心(物镜的物方节点和像方节点合二而一)。P平面与E平面相交于迹线TT (又称为透视轴)。过S点作P平面的垂线,与P平面相交于像主点o,与E平面相交于o的相应点O,即为物镜的主光轴,So即为物镜的主焦距f。过S点作E平面的
18、垂线,与 P平面的交点为像底点n,与E平面相交于N,SN为物镜的物距H。包含主光轴SO和铅垂线SN的平面W为主纵面(又称为主垂面)。W与E平面的交线VV为摄影方向线。主光轴SO和铅垂线SN的夹角为相片倾角。W与P平面的交线vv与相片坐标系y轴的夹角k为相片旋转角。在主纵面内过S点作倾角的平分线,与像平面P的交点为等角点c,在E平面上的相应点为C。过S作直线平行于VV,与P平面相交于主合点i. 过S作直线SI平行于vv,与E平面交点为I,称为遁点。在像平面P上以等角点c为原点取直角坐标系cxcyc,cxc垂直于主纵面W,cyc在W中与vv重合。 图 4在物平面E上,以等角点c的对应点C为原点,取
19、直角坐标系CXcYc,CXc垂直于W,Cyc在W中,并与摄影方向线VV重合。 物平面上一点A在像平面上的像为a,A在CxcYc坐标系中的坐标为(Xc,Yc),a在cxcyc坐标系中的坐标为(xc,yc)。根据几何关系有 XC/xc=SA1/Sa1=H/Sd因为Sia1=,所以Sd=a1i*sin=(ci-ca1)sin在直角三角形Soi中,因为Soi=90度,Sia1=,所以iSo=90-,iSc=iSo+/2=90-/2。在直角三角形Soc中,因为Soc=90度,oSc/2,所以 icS=90-/2iSc因而Sic是等腰三角形,所以Sd=(Si-yc)sin=(f/sin-yc)sin=f-
20、ycsin得XC=xc (1)同样在W平面内,因为SCA1Sea1得YC/ea1=SA1/Sa1=SN/Sd=H/Sd因为ea1cSic, Sic是等腰三角形,所以ea1c也是等腰三角形,则a1e=a1c=yc,所以YC=yc (2)可进一步化简为XC=xc (3)YC=yc (4)式中H=H/sin=SI (5)F=f/ sin=Si (6)对一张图片而言是定值,SI和Si是极平行四边形的两个边。 上面得出了一种像点与对应物点在以等角点C为原点的坐标系中的关系式。根据需要还可以得出其他形式的坐标关系式,如:1) 以像主点o和对应点O为原点的坐标关系式: XO=xo (7) YO=yo (8)
21、2) 以像主点o和底点N为原点的坐标关系式: XN=xo (9) YN=H (10)3) 以主合点i和遁点I为原点的坐标关系式: XI=- (11) YI=- (12) 在一般情况下,取像片平面直角坐标系oxy,取物方平面直角坐标系OoXY。像片平面直角坐标系oxy与以等角点为原点底坐标系cxcyc之间的关系如图5所示。(xc,yc)与(x,y)之间的关系如下: xc=xcosk-ysink+dx (13) yc=xsink+ycosk+dy (14) 物方平面直角坐标系OoXY与物方坐标系CxcYc之间的关系如图6所示。(X,Y)与(XC,YC)之间的关系下:X=XccosA-YcsinA+
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2019 GJ 型轨检车 轨距 检测 装置 研究 报告
链接地址:https://www.31doc.com/p-2374293.html