道路监控系统中非同步相机时间校正方法

为了提高交通事件还原的准确性,提出一种基于双目极几何关系的高精度交通现场三维重建时间校正方法。分析了多个非同步相机帧序列,建立了非同步相机时间校正模型。为了校正多部非同步相机的时间误差,采用极几何约束和点到极线距离最小约束准则,进行对应帧时间同步匹配。由2部非同步相机组成拍摄系统,进行对应帧时间匹配误差分析,估算视频序列起始帧时间误差,实现高精度动态场景复原。通过闪烁LED灯的移动模拟高速移动的车辆,估计时间误差范围。为了进一步验证方法在实际道路环境中的有效性,利用4部相机拍摄自由落体的皮球视频序列,分别使用相似度判别的时间校正方法和本文方法进行对比试验。试验结果表明:当相机的曝光时间为1/30s,高速移动的发光源闪烁周期为6.59ms时,视频序列的起始帧时间误差范围为0~6.59ms,在这个误差范围内的对应帧数达到88.1%以上;与相似度判别的时间校正方法相比,本文方法效果较好;与几种传统时间校正方法相比,本文方法显著提高了道路监控系统中非同步相机对应帧时间误差匹配和三维重建的精确度。     

基于驾驶行为的车道变换模型研究及仿真

可靠合理的车道变换模型能提高微观交通仿真精度.为了研究车道变换行为意图起因及行为过程的规律,利用高空摄像法分析了城市干道基本路段驾驶人变道驾驶行为的特征,获取了变道车辆与其周围车辆距离、车速等的数值关系,提出期望车道的概念,总结了期望车道选择和车辆车道变换的基本规律,建立了基于驾驶行为的直线路段车道变换模型.最后编写V...     

基于图像处理技术的混凝土桥梁裂缝宽度检测

基于数字图像处理技术,通过MATLAB强大的图像处理功能,对混凝土桥梁裂隙图片进行灰度化、滤波、去噪等预处理,并利用canny算法提取裂缝轮廓,通过距离变换获取裂缝的形态学信息,然后对裂缝细化,得到距离信息。结果表明:本文提出的算法,对混凝土桥梁表面裂缝宽度进行检测,跟实测数据相对比,识别率到达92.95%以上,其中裂缝宽度大于0.2mm识别精度为97.48%。表明该算法可以有效检测混凝土桥梁裂缝宽度。     

钢轨断面全轮廓磨耗的激光视觉动态测量

钢轨磨耗直接影响铁路运行安全，为了替代目前手工测量方式，提高测量精度和效率，研究并设计了线激光钢轨断面全轮廓视觉测量系统来实现钢轨磨耗动态测量. 首先通过计算激光视觉测量模型完成激光测量单元的结构设计，然后采用平面标定法对测量头进行精确标定，获取激光平面与传感器成像平面之间的映射关系，将拍摄的钢轨轮廓光条图像还原为实际钢轨断面轮廓；利用钢轨同一截面两侧轮廓中轨头踏面轮廓相同的特征获取钢轨断面全轮廓数据，采用ICP精确配准将钢轨两侧测量轮廓合并，其中轨头踏面轮廓采用欧式聚类和距离分割方法提取；最后以双侧未磨损轨腰轮廓及其特征点为基准，将测量钢轨全轮廓与标准钢轨轮廓进行配准对比，获取钢轨磨耗值；将线激光钢轨磨耗测量单元装载于自行研制的轨道测量小车上进行现场测量试验. 研究结果表明:该测量系统标定精度可达4.922 × 10?3 mm，测量速度可达21.6 km/h，与钢轨磨耗尺测量值对比垂直磨耗、侧边磨耗平均偏差约为0.023 mm和0.093 mm，对同一对象多次重复测量最大偏差小于0.05 mm，该测量精度满足公务要求，提高了测量效率，便于铁路测量数字化管理.      

基于数字照相技术的边坡变形自动化监测技术研究

将数字摄影测量技术应用于边坡位移自动监测。在边坡上布设固定标志点,将非量测数码相机置于边坡正面,运用程序控制相机间隔一定时间对边坡进行拍摄。对拍摄图像预处理后使用圆心亚像素识别算法确定测点亚像素位置。根据标志初始实际距离与初始相片像素距离建立物象比例,对比各次识别结果得到各测点实际的相对位移。运用GPS技术和计算机技术,本系统可实现数据交换、控制指令发送和预警的适时监控。本系统采用非量测数码相机,相对于传统边坡检测方法具有成本低,精度高,需要人工干预少等优点,现场试验50 m距离识别精度达到3 mm,取得较好效果,可以作为大量边坡自动化监测的有效手段。     

基于分布式传感器的路面平整度检测系统

为解决传统基于断面高程的平整度检测方法耗时费力、价格昂贵等问题,从系统响应的角 度出发,结合无线传感技术与谱密度分析法等,通过测量车辆悬架的振动变化推算了路面的平整 度,构建了平整度快速采集系统,包括数据采集设备、车载数据终端及信息处理应用。其中,利 用高精度三轴传感器采集车辆不同位点的振动信息,利用Zigbee 短程无线传输技术保证数据的实 时采集与稳定传输,利用数据标签实现多源信息融合,通过3G模块实现车辆数据与信息中心的 平台对接,借助加速度功率谱密度分析模型实时计算测量路段的平整度情况,并结合电子地图进 行发布与储存。现场试验证明：国际平整度指数与悬架振动的均方根值呈明显的多元线性关系; 与激光平整度仪检测数据相比,该系统的测量误差基本保持在10%以内,能够满足道路养护的精 度需求,适用于大范围的城市道路平整度测量。     

星载激光脉冲水下光斑分布的研究

利用半解析Monte Carlo方法.计算了星载激光脉冲水下光斑的分布状况.采用修正Heny-ev-Greenstein函数表示大气和海水信道的散射相位函数.计算结果表明:水下光斑的大小与卫星高度、水下深度及大气、海水的散射强度有关;在不考虑卫星与地球相对移动的条件下,水下300 m深度光斑半径可达6 km;发射机所发射光子仅有84%～88%能够到达水下接收平面;星载激光水下光斑分布不能视为大气和海水各自散射所引起光斑分布的简单叠加.     

焊接激光致熔池亚像素边缘提取方法研究

由于热变形等因素的影响,薄板激光焊接中焊缝会偏离预设轨迹,造成焊接激光束与焊缝偏离,使焊接质量下降.因此,焊接过程中要检测激光致熔池中心与焊缝偏差,并根据偏差量调整焊接位置.熔池中心由熔池边缘拟合求得,为精确获取熔池中心需要计算熔池的亚像素边缘.熔池亚像素边缘由以下步骤得到:(1)根据黑白CCD相机拍摄的图像中熔池灰度值大的特点,可初步确定熔池的中心;(2)以初步确定熔池中心为起点,在利用形态学方法得到熔池图像中搜索得到熔池像素级边缘;(3)在熔池图像中,提取以像素级边缘点为中心的一定区域像素灰度值,根据灰度值变化拟合曲线得到亚像素边缘.试验表明,所提出的方法能精确提取熔池亚像素边缘.     

铁路运营隧道检测技术综述

为了解铁路运营隧道检测技术研究与应用情况, 梳理了隧道病害特点与检测方法, 从表观状态、内部状态、几何形态、高精度地面移动检测机器人和数据信息化5个方面, 分析了国内外检测技术现状, 探讨了检测技术体系与发展方向。分析结果表明: 表观状态检测主要有相机摄像和激光扫描技术, 相机摄像系统适用于车载平台, 检测速度达80 km·h-1, 激光扫描系统结构精巧, 检测速度约为5 km·h-1; 图像处理、计算机视觉是表观病害识别的2种技术, 拓展设计病害特征、提高识别效率、降低非病害因素干扰是图像处理技术进一步发展方向, 计算机视觉推广关键在于构建行业级病害样本库; 地质雷达是开展内部状态检测的关键技术, 地耦型雷达速度约为10 km·h-1, 空耦型雷达速度达80 km·h-1, 空耦型雷达检测系统关键在于优化天线结构、信号增强、抑制电气化设施和机械系统振动干扰, 地质雷达、红外热成像、超声层析成像、激光缺陷检测法等检测技术在探测范围、精度、效率等方面具有互补性, 可构成多技术综合运用策略; 几何形态检测主要有激光扫描、激光摄像、惯性测量技术, 激光扫描测量精度高, 速度约为10 km·h-1, 激光摄像速度达60 km·h-1, 提高激光摄像测量精度关键在于系统标定与振动补偿, 可基于惯性测量深化研究开展仰拱上拱变形检测; 发展和推广高精度地面移动检测机器人、检测数据信息化是与隧道规模相适应、状态精准管理相匹配的保障措施; 检测技术体系建议由“车载式快速综合检测+原位与地面移动精确检测+数据信息化平台”3部分组成, 未来发展方向应集中在空耦型雷达快速检测、复合变形快速精确测量、高精度地面移动检测、病害智能识别及多源数据融合分析等方面。      

预应力混凝土连续刚构桥施工监控分析

以某预应力混凝土变截面连续刚构桥为研究对象,对承台沉降、应力和主梁阶段标高进行了监测,并对监测结果进行了分析,得到以下结论:通过对该大桥梁底立模标高复核,未发现梁段立模标高偏差超过规范要求的±10mm;通过对混凝土浇注前后、预应力张拉前后箱梁顶面、底面观测点高程的对比可知,混凝土浇注、预应力张拉对主梁节段高程的影响基本符合理论原理,处于正常状态;通过对该大桥主梁应力的监测和控制,实测应力在控制范围内,实测应力与理论应力较接近,实现了应力控制的目标;该大桥上部结构主梁施工线形、应力满足设计要求,实现了桥梁上部结构施工监控的目标。     

路基表面沉降视觉检测系统光斑中心定位方法研究

激光光斑中心精确定位是铁路路基表面沉降视觉测量系统的关键技术,关系沉降测量的精度.分析了铁路路基表面沉降视觉测量的基本原理,结合激光光斑图像的特点,在以光斑轮廓邻域的灰度分布进行曲面建模的基础上提出基于曲面拟合的光斑亚像素中心定位方法,并通过实验验证了该方法光斑中心定位精度优于常用的基于重心灰度分布曲线拟合法,定位精度高且鲁棒性好,达到了铁路路基沉降观测精度的要求.     

计算既有铁路曲线坐标法拔距的一种新方法

为克服传统方法计算缓和曲线段拨距时,用弦长代替弧长引起的误差,基于坐标法整正既有铁路曲线的相关原理,提出了利用既有测点沿径向到拨后曲线的距离计算拨距的新方法.按照该方法,推导了测点的拨距及拨后坐标的计算公式,并将其计算结果与传统方法的计算结果进行了比较.结果表明,采用传统的坐标法计算拨距时,缓和曲线越长、半径越小,拨距和拨后正矢误差越大;拨距最大误差为1.3 mm,拨后正矢误差最大值为1.0 mm.      

基于结构光的多投影显示系统图像对准算法

为了解决多投影显示系统的图像对准问题,提出了一种基于结构光投影技术的对准算法.该算法通过求取等相位线的交点来建立投影机图像与相机拍摄图像间的映射关系,对于投影机图像上任一像素点,有水平和垂直2个相位值.在相机图像的水平相位展开图中找出与该点水平相位值相等的离散坐标点的位置,拟合出一条水平等相位线,同理,可以得到它的一条垂直等相位线;求出水平和垂直等相位线的交点,即为该点对应于相机图像中的像素点.该算法无需知道显示墙的解析表达式和相机的内部参数,适用于任意光滑的曲面显示墙.对准后图像与原始图像的对比实验表明:峰值信噪比达到27.904,结构相似度为0.972 4,说明该算法能有效提高图像的对准精度.      

基于UKF的数字轨道地图的三维线路生成方法

针对基于卫星导航系统的列车定位对数字轨道地图的实际需求, 提出了一种基于无迹卡尔曼滤波的线路估计方法, 生成线路的三维数字轨道地图; 对于铁路线路的3种平面线形(直线、缓和曲线和圆曲线), 采用以里程为参数的菲涅尔(Fresnel)积分模型统一建模; 对于纵断面的直线和曲线, 采用二次曲线模型建模; 用无迹卡尔曼滤波对模型的状态(里程、三维坐标)和参数(方位角、曲率、曲率变化率、坡度、坡度变化率)进行联合估计; 将归一化新息平方和估计距离误差作为线路分段的判断条件, 最终用分段点和几何参数完成三维线路的生成; 采用仿真的平面线路数据对比了离散点法、三次多项式法和本文Fresnel法, 利用青藏线14.7 km的实测数据进一步对Fresnel法进行了验证。仿真结果表明: 在相同的误差要求下, 3种方法的平面距离误差均值都在0.024 m以内, 但Fresnel法采用了最少的分段点, 数据约简率高达99.76%; Fresnel法的最大累积里程误差最小, 由0.964 m降低为0.060 m, 减少了93.77%;Fresnel法比三次多项式法的方位角和曲率估计精度都高, 更加接近真值; 实际数据测试结果表明Fresnel法分别采用22个和20个分段点及参数即可完成线路的平面曲线和纵断面曲线生成, 平面和纵断面曲线距离误差均值都在0.03 m以内, 累积里程误差最大只有0.078 m, 位置精度和几何精度都较高。      

基于分步编码改进遗传算法的铁路智能选线

为实现铁路三维空间线形的智能优化,建立了综合考虑建设和运营费用、环境影响代价及线路约束的线形优化模型;针对平面、纵面控制点分别给出了分布方法,并构建了由平面交点偏移距、平曲线半径、变坡点标高3个基因片段组成的基因序列.在此基础上,提出了平面-纵面-完整基因的分布编码方法,设计了相应的多种交叉、变异算子实现线路方案的进化.实例分析表明:本方法克服了现有遗传算法产生的线路方案平、竖曲线重叠的缺陷;可生成满足线路约束条件且综合费用较省的线路方案群,最优的智能选线方案比人工定线方案综合费用节省了6.5%.      

激光扫描盾构隧道断面变形快速检测

针对人工检测效率低、变形检测车定位不准、噪点剔除困难、数据处理滞后等技术难题,基于盾构隧道管片环缝灰度图像数学形态特征,通过图像滑窗方式,利用直方图均衡化、缩放、阈值判定等方法快速自动识别环缝,并依据环缝已知位置反向修正隧道里程; 基于距离最小二乘法椭圆曲线拟合,建立了盾构隧道激光扫描噪点三次迭代自动剔除方法; 通过对管片环上各单环激光扫描数据拟合椭圆进行均值处理,并与隧道设计参数或上次检测结果比对,确定了隧道断面变形; 以轨检小车为载体,集成断面三维激光扫描仪、倾角仪、编码器、测距轮和计算机等设备,研制了盾构隧道断面变形快速检测车,开发了配套的数据采集和处理软件,并进行了工程试验和实际应用。研究结果表明:检测时速为5 km·h-1时,检测车系统隧道内水平和垂直方向直径复测差值绝对值小于2 mm的占比分别为98.41%和96.21%,小于1 mm的占比分别为82.36%和71.92%,系统复测精度为2 mm,多数可达到1 mm,说明环缝识别、噪点剔除、整环收敛变形算法和检测系统具有较高的稳定性和重现性; 检测车可自动采集和处理数据,检测作业后24 h可输出检测分析报告,结果准确可靠,可为盾构隧道结构健康评定和养护提供参考。      

柱状构筑物垂直度非接触检测方法及其精度分析

针对无明显特征点的柱状构筑物垂直度测量困难的问题,提出了一种全站仪非接触投影法.利用非接触的方法切准待测目标的外轮廓,测量其水平方向角和竖直角,依据测角度推算水平偏移量和倾斜率,并根据最小二乘原理分析了其测量精度.分析结果表明:仪器至立柱距离小于40 m,至所测断面中心的水平角小于1°时,水平偏移量中误差优于±2 mm,同时,竖直角在5~45°范围时,倾斜率测量中误差优于±0.4‰,完全满足检测精度要求.     

自由测站边角交会网在隧道内平面控制中的应用研究

针对目前高铁隧道洞内导线环网多余观测量少、受旁折光影响大、控制点使用困难和横向误差大等问题,提出用自由测站边角交会网作为隧道洞内平面控制测量的新方法.推导了自由测站边角交会网的边长相对中误差和横向贯通误差计算模型,并进行了仿真计算.计算结果表明,这两项指标能够满足高速铁路工程测量规范的精度要求;隧道贯通精度提高了20%,并提高了测量效率;从定性和定量两方面证明了自由测站边角交会网可以代替洞内导线环网.      

轮轨力连续测试系统设计

根据轮轨力作用下钢轨的受力特点，设计了采用测力钢轨的轮轨力连续测试系统，并通过仿真确定了垂向和横向轮轨力耦合作用下轮轨力计算方程式和相关因数．通过在试验线上的测试，表明该系统可同时连续测出垂向和横向轮轨力．