基于改进Faster R-CNN的CRTSⅡ型轨道板裂缝检测方法

高速铁路无砟轨道伤损检测维修的准确率和时效性关乎高速铁路的运营安全，采用机器视觉技术进行高速铁路无砟轨道板裂缝伤损检测可极大提升检测工作的准确率和效率，为此根据CRTSⅡ型轨道板裂缝伤损样本数据特点，提出一种基于改进Faster R-CNN的方法对轨道板裂缝进行检测。该改进方法将检测问题转化为定位问题，精简网络模型，其主干网络选用残差网络，避免网络深度过深而导致学习速度下降；引入引导锚框，以减少冗余锚框，提高检测针对性；采用Soft-NMS算法，改善轨道板裂缝检测的重叠状况，提高裂缝检测效果。为评估该改进方法的可靠性，建立CRTSⅡ型轨道板裂缝检测评价标准，并依据该评价标准将改进方法与R-FCN,YOLO-v5,Faster R-CNN及YOLOx网络算法进行对比测试。结果表明：提出的改进方法综合表现优于其他算法，具有更高的准确率以及最小的漏检率，最佳模型查准率为95.9%，查全率为89.6%，相较于其他几种经典算法分别提高了约2%～4%和2%～6%，能够较好地应用于CRTSⅡ型轨道板裂缝检测场景。     

列车竖向荷载与CA砂浆离缝对CRTSⅡ型板式轨道开裂的影响分析

无砟轨道结构轨道板裂缝和结构层间离缝会导致结构性能退化,承载力降低,危及行车安全。基于弹性地基梁—体理论,建立路基上无砟轨道结构有限元模型。在正常状态和轨道板底部存在不同程度离缝状态时,对轨道板在列车竖向荷载下产生裂缝的位置和路径,以及2种状态下轨道板的翘曲位移和翘曲时轨道板底部地基弹簧拉应力进行分析。研究结果表明:无砟轨道板仅在列车竖向荷载作用下不会产生裂缝。当轨道板底纵向全部脱空且横向脱空宽度达到钢轨底面内侧边缘位置时,列车竖向荷载板端加载不会生成裂缝,板中部加载会产生裂缝。裂缝大致沿着轨道板纵向中心线附近开裂,在板端斜向板两侧边缘发展,预裂缝能够有效阻断裂缝的扩展路径。     

基于图像处理的铁路轨道板裂缝检测研究

铁路轨道板表面裂缝的存在会直接影响轨道板使用寿命和状态,因此轨道板表面质量的自动检测至关重要。本文提出一种非接触式基于图像处理的轨道板表面质量检测方法,该方法首先通过预处理增强原始图像中的裂缝信息,然后针对预处理后裂缝图像的特点,经过二值化、裂缝合并、噪声剔除等步骤,准确定位裂缝所在的位置。经试验验证,本文提出的方法能有效检测出铁路轨道板图像中的裂缝。     

基于热成像的高速铁路轨道板表面裂缝检测方法研究

针对高铁检修天窗的轨道板表面裂缝检测问题,采用红外热成像方法进行研究。首先,通过实际调研,确定了轨道板表面裂缝的主要表现形式和结构特征。其次,基于红外热成像检测原理,推导轨道板表面温差计算公式,得到裂缝检测的控制性因素。在此基础上,建立了含表面裂缝轨道板红外热成像检测有限元三维模型,分别研究了环境温度、裂缝宽度和裂缝长度对检测效果的影响,最后,通过对不同热激励辐射强度和激励时间的仿真计算,优化了检测条件,提高了检测精度。研究结果表明:利用热成像技术可以实现对轨道板表面裂缝的夜间检测,且环境温度越高、裂缝尺寸越大,检测效果越好。在20℃条件下,可以实现对宽度大于0.1 mm,长度大于15 cm裂缝的有效检测。在施加热激励辐射强度为1 000 W/m~2的条件下,可以实现对细小裂缝5 km/h的动态检测。     

无砟轨道板表面裂缝的红外热成像检测方法

纵连无砟轨道板作为无砟轨道主要结构类型之一,表面裂缝是轨道板最常见的结构病害类型,也是高铁运维重点作业内容之一.实现非接触快速的红外热成像检测裂缝病害方法对于提高作业精度和效率具有显著作用.针对红外热成像仪采集的图像数据存在的边缘模糊、对比度低等问题,提出基于NSCT变换(Non-subsampled Contourl...     

板底脱空对无砟轨道结构模态的影响

基于CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构参数,研究了不同脱空状态对无砟轨道模态的影响,并对轨道板自振应力进行了分析。结果表明:分析脱空对轨道结构模态的影响时,脱空厚度方向不宜处理为完全损坏,而应取一定的脱空厚度;板端脱空组合对轨道结构模态的影响最大,板中脱空影响最小;板中脱空时脱空形状对轨道结构的模态几乎没有影响;无脱空时轨道板自振应力在扣件处最大,不同脱空状态下轨道板自振应力在脱空区域与自密实混凝土接触边缘较大。研究成果可供无砟轨道脱空识别和结构优化设计参考。     

基于标准杆件的CRTSⅢ型轨道板自动化检测系统精度评定

针对当前CRTSⅢ型轨道板检测方法缺乏精度评定标准的问题,以集成智能机器人和三维成像仪高速铁路CRTSⅢ型轨道板自动化检测系统为依托,提出了一种基于标准杆件的CRTSⅢ型轨道板自动化检测系统精度评定方法。该方法给出了轨道板检测系统的测量标准精度及其计算方法,并设立了两个精度评价指标(即轨道板扣件间距方向及大钳口方向的横向检测精度),计算得出高速铁路CRTSⅢ型轨道板自动化检测系统的标准系统精度为0. 030 0 mm,标准偶然精度为0. 152 8 mm,标称精度为0. 155 mm/m。大量实验数据证明,该方法精确、稳定,能够在较短时间内定量评价轨道板外形尺寸和光学测量系统的精度,其评定结果对于其他轨道板及铁路工件的三维检测具有参考价值。     

减振轨道对高架桥梁低频振动特性的影响

基于有限元方法与车辆—轨道耦合动力学理论,针对城市高架轨道交通引起的低频振动现象,着重分析了常用高架简支箱梁在铺设非减振型轨道、钢弹簧浮置板轨道和被动式动力减振浮置板轨道3种情况下的低频振动特性。结果表明:在0~30 Hz,非减振型轨道板因与梁体共同运动,其振动水平较钢弹簧浮置板略低,但非减振型轨道板无法有效衰减传递到桥梁结构的振动;在15~30 Hz,钢弹簧浮置板通过增大轨道板自身振动的方式降低板下结构的振动,墩顶的振动加速度级衰减量约10~20 d B,但会放大轨道在1阶固有频率(5 Hz左右)处的振动水平;插入控制1阶模态振动的被动式动力吸振器,可使浮置板及桥墩各测点在1阶固有频率处的振动大幅衰减,桥墩的振动加速度级衰减量约为10 d B,有效弥补了钢弹簧浮置板结构的不足。     

高速铁路近景影像轨道边缘提取与匹配方法

近景摄影测量应用于铁路轨道几何平顺性检测具有较大潜力,为获得轨道几何状态参数,需对轨道数字影像进行定向与建模,本文探索一种高速铁路近景影像轨道边缘提取方法并构建轨道边缘线的同名点坐标映射模型。根据轨道数字影像的灰度信息与点位分布特点,利用Canny算法和概率Hough变换提取铁路轨道的内边缘特征,采用ORB算法与KNN算法匹配轨道表面同名点,建立轨道表面同名点的坐标对应关系。利用边缘线与轨道表面几何关系,构建轨道边缘线的多项式映射模型以匹配出边缘同名点。试验结果表明,该方法在轨道边缘识别与同名点匹配方面有较高的可靠性,可为高速铁路轨道几何状态检测提供影像处理技术支持。     

无砟轨道轨道板配筋对控制温度裂缝影响的研究

建立板式轨道实体结构力学模型,计算了不同温度荷载和配筋形式下无砟轨道轨道板的应力分布,分析配筋率和混凝土应力对轨道板裂缝宽度的影响,并提出了轨道板合理配筋率,为无砟轨道设计和施工中轨道板温度裂缝的控制提供参考。     

CRTSⅢ型板式无砟轨道振动能量分布及传递特性

为了更好地优化CRTSⅢ型板式无砟轨道结构,建立三维有限元模型,通过谐响应分析研究了CRTSⅢ型板式无砟轨道在0～1 200 Hz内的稳态响应,计算得到了钢轨和轨道板振动能量在空间和频域上的分布及传递特性,并讨论了扣件弹性垫层刚度对轨道结构能量分布的影响。结果表明：加载频率为0～1 200 Hz时,轨道结构的振动能量在其各阶模态固有频率处达到峰值,其中,钢轨振动能量存在两个峰值,分别对应钢轨一阶挠曲变形和pin-pin振动;轨道板振动能量存在多个共振峰且主要集中在200 Hz以内,分别对应轨道板前几阶纵向弯曲振动。钢轨和轨道板振动能量大小与弹性垫层刚度紧密相关,尤其当加载频率位于钢轨一阶挠曲频率附近时,钢轨振动能量尤其是势能随弹性垫层刚度增大而明显降低,轨道板振动能量随弹性垫层刚度增大而显著升高。     

基于高斯曲率识别板式无砟轨道中CA砂浆脱空伤损

板式无砟轨道中CA砂浆在列车荷载、环境温度等多种作用下容易产生脱空等伤损,准确检测出这些伤损显得尤为重要。针对CA砂浆的伤损,建立轨道板-CA砂浆模型,利用有限元软件对系统进行模态分析,通过计算分析得到轨道板的曲率模态,结合高斯曲率确定CA砂浆的伤损及伤损位置。计算结果表明：轨道板的前五阶高斯曲率可以反映伤损的有无及其具体位置,一阶高斯曲率最为明显。轨道板-CA砂浆系统一阶高斯曲率不仅可以准确识别单处CA砂浆伤损,还可以准确识别多处CA砂浆伤损。     

现浇双块式无砟轨道板裂缝控制机理和预防措施

混凝土裂缝是工程中普遍存在的质量通病。对混凝土裂缝出现的机理、无砟轨道轨道板出现裂缝的原因进行了分析,并制订了一系列措施,以控制无砟轨道轨道板混凝土裂缝的出现。     

基于波数有限元-边界元法的无砟轨道声辐射特性分析

为研究无砟轨道声辐射特性,建立了CRTSⅠ型板式无砟轨道的波数有限元振动模型。在钢轨顶部施加单位谐荷载,以求出的钢轨及轨道板的振动速度响应为边界条件,再采用声学波数边界元法计算出钢轨、轨道板及轨道整体结构的声辐射特性。分析结果表明:钢轨、轨道板及轨道整体结构的声功率级在一阶峰值频率前随频率增大而近似线性增加,在一阶峰值频率后,声功率级波动较大且出现多个峰值。在轨道整体结构一阶峰值频率前轨道板的声辐射贡献量占主导,而在该峰值频率后钢轨声辐射的贡献量逐渐占主导作用。扣件刚度主要影响一阶峰值频率前轨道整体辐射声功率,随着扣件刚度的增加,轨道整体结构声功率级幅值明显降低。CA砂浆层弹性模量的变化对轨道板辐射声功率级影响较大,但对轨道整体结构辐射声功率级的影响较小。     

CRTSⅡ型轨道板上拱离缝检测方法研究

建立了包含CRTSⅡ型轨道板与砂浆层离缝的无砟轨道结构和CRH2型3节车结构的车辆-轨道空间耦合动力学模型,模拟在不同轨道板与砂浆层离缝量条件下钢轨和轨道板动位移以及轮轨垂向力的变化情况,分析离缝对轨道动力响应的影响以及列车通过离缝区域时轨道变形以及回弹情况。结果表明:在通常状况下,车轮经过离缝区域时与同一节车车体中部通过时相比,钢轨与轨道板动位移存在较大差值,理论上可视为有载荷与无载荷状态的差值。采取在车体中部加装无载荷检测设备,将其检测结果与综合检测列车检测数据对比从而间接寻找轨道板离缝较大处所的方法,理论上是可行的。     

关于路基桩板结构上无砟轨道配筋设计计算的探讨

结合武广铁路客运专线桩板结构双块式无砟轨道的设计,对桩板上铺设无砟轨道结构时的轨道道床受力、裂缝检算及钢筋选择等问题进行探讨,对桩板地段无砟轨道结构的配筋计算方法进行较为详细的分析和总结。     

城铁站台板裂缝原因分析及预防措施

文章详细地分析了城市快速轨道车站的站台板出现干缩裂缝和温度裂缝的原因 ,并提出加强混凝土浇筑、模板处理以及混凝土配制等措施来预防裂缝的发生。     

高速铁路板式无砟轨道底座板高精度施工控制技术

以京沪高铁CRTSⅡ型板式无砟轨道为例,简要介绍了底座板传统施工方法、现状及不足,针对底座板顶面高程和平整度精度差、底座板厚度变化致使模板配置难的问题,研究出了在普通模板上安装与底座板顶面平行并高出一定值的可调高滑道并悬挂可调高平尺控制架、高模低做施工新方法。详细介绍了该模板体系的组成、特点和主要施工工艺。该技术有效降低了底座板的打磨数量,减少了CA砂浆的浪费,提高了底座板施工精度,有效保证了无砟轨道使用寿命。     

温度作用下连续梁桥上CRTSⅡ型板板端宽裂缝对钢轨应力以及桥墩纵向力的影响研究

CRTSⅡ型无砟轨道板板端新旧混凝土交界面薄弱,在低温情况下轨道板收缩,轨道板板端新旧混凝土交界面处出现板端宽裂缝,并伴随轨道板下界面与 CA 砂浆层粘结失效出现脱粘裂缝.在出现裂缝的情况下,分析温度升高对上部钢轨的应力以及下部桥墩的纵向力的影响.考虑轨道板板端裂缝宽度、CA砂浆粘结失效裂缝长度和脱粘CA砂浆块与轨道板下界面之间的摩擦系数三项因素对上部钢轨的应力以及下部桥墩的纵向力的影响,从钢轨附加温度应力以及桥墩纵向力的角度对板端宽裂缝的灌浆填缝修补措施进行了评价.     

双孔预应力非对称无砟轨道板设计与分析

针对我国高速铁路桥上采用的板式无砟轨道普遍存在线间排水困难和板底易出现横向裂缝问题,提出一种新型双孔型板式无砟轨道,采用有限元软件ANSYS建立三维空间模型,分析在2种不同工况下新型轨道板的应力、变形和承载力性能,并在组合外力矩作用下进行预应力非对称配筋设计.研究结果表明,新型双孔型板式无砟轨道可以有效解决线间排水困难问题,与普通无砟板式轨道相比,新型轨道板具有更好的稳定性;在竖向荷载作用下,双孔型轨道板的最大应力、位移和裂缝宽度均满足设计要求;在配筋总量相对较少的情况下,轨道板的非对称预应力筋设计可以有效减小板底裂缝最大宽度,板底抗裂程度相对于普通轨道板增大33.3%,增强了轨道板的耐久性,且经济性能良好.