地铁供电接触轨检测尺校准装置

目前国内尚无适用于地铁供电接触轨检测尺的专用校准装置。为此，基于接触轨检测尺实际应用场景，研制一种接触轨检测尺校准装置。介绍接触轨检测尺校准装置组成和校准步骤，评定校准装置测量不确定度。评定结果表明，接触轨检测尺校准装置扩展测量不确定度为0.32 mm，小于接触轨检测尺最大允许误差的1/5。该校准装置计量性能满足量值溯源要求，可用于校准接触轨检测尺。     

臂式地铁接触轨几何状态参数检测小车研究

为解决地铁接触轨几何状态参数人工检测精度低、效率低、工人劳动强度大等问题,在调研国内外相关技术现状的基础上,充分考虑测量精度和效率要求、测量空间对测量机构体积和质量的限制等内外部因素,研发一种基于平行四边形机构的臂式地铁接触轨几何状态参数连续检测小车。小车基于接触式测量原理,对小车进行机械机构设计和参数设计,建立数学模型,然后对采集的数据进行计算分析,验证接触式测量的有效性。试验证明,该检测小车拉出值的综合检测精度达到0. 1 mm,导高综合检测精度达0. 17 mm,其测量效率和精度能很好地满足地铁接触轨几何状态参数检测的要求。     

一种近景大斜角的限界检测 相机标定方法

研究一种基于单目视觉的非接触式站台限界检测系统,并针对近景大范围下相机标定的问题,提出一种基于大型点阵标定板的新的综合标定方法。提取有效标定区域进行预处理,并提出一种局部阈值迭代分割的方法分割出基准圆,然后提取圆心坐标并编码,最后利用透视变换求出最优变换矩阵进行图像矫正还原,像素标定误差可达到2pixel以内。经在上海地铁的现场测试验证,本文方法标定后的检测系统可准确获取站台断面轮廓几何尺寸,多次反复测量后轨距精度在±1 mm以内,站台高度和站台距离精度可达到±5 mm以内。     

基于多目立体视觉的接触网几何参数测量方法

采用多目立体视觉技术,研究基于4个线阵相机的接触网几何参数非接触式测量方法。运用欧式空间变换和透视投影变换建立线阵相机模型,运用立体视觉的三角法测量原理建立拉出值和导高的几何参数测量模型,经过图像差分预处理、目标探测、特征描述和目标定位4个环节,实现接触网几何参数的非接触测量。基于该非接触式测量方法的检测装置经在中国铁道科学研究院环形铁道试验基地和沪昆客运专线进行现场测试,结果表明:拉出值和导高的测量精度满足±10mm的要求;在160~385km·h-1列车速度下,测量数据的重复性良好,可用于新建接触网工程的低速静态检测以及运营线路接触网的周期性动态巡检。     

朔黄铁路线路设备状态检测模式分析

通过现场调研、数据整理和统计分析,研究朔黄铁路的线路设备病害及线路设备状态检测模式。朔黄铁路线路设备病害主要是线路钢轨伤损和线路几何状态不平顺。朔黄铁路钢轨伤损主要集中在上行线,钢轨伤损的主要类型为轨头核伤,现有探伤周期基本可以及时发现大部分轨头核伤。朔黄铁路上行线测量区段内轨道几何状态不平顺(轨距、水平、三角坑)动、静态波形趋势重合较好,但是幅值有一定差异,动静态幅值最大差异在3.0 mm以内,静态值与动态平均值具有较强的相关性,可适当采用动态检测替代静态检测。     

基于线激光传感器的地铁接触网几何参数测量系统

为实现地铁接触网的几何参数测量，研发了一种基于线激光的几何参数测量系统。该系统通过传感器采集嵌入接触线的Π型汇流排二维轮廓图像，通过合理选取轮廓特征直接测量接触线磨损量和汇流排倾角，结合对比法和随动策略间接测量接触网的导高和拉出值。研究结果表明：相比于测量精度为1 mm的检测仪，所提测量系统测得的接触网导高和拉出值与其最大差值分别为2 mm和3 mm;所提测量系统的行进速度为3.5 km/h,满足地铁刚性接触网几何参数的静态测量需求。     

基于中点弦测法的车载式车轮不圆度测量

列车车轮不圆度是影响列车运行平稳性的重要因素，目前静态检测设备均需抬轮的准备工作，极大降低了检测效率，接触式传感器测量易发生损耗，导致测量发生误差，为提高检测效率以及避免检测误差，采用中点弦测法结合逆滤波器实现对车轮不圆度的车载式测量。检测时列车以低速运行，通过激光位移传感器实现非接触式测量，并同时利用3个激光位移传感器的具体位置关系和测量值得到弦测值作为逆滤波器的输入，构造逆滤波器的频率响应函数使一定波长范围内的不圆度数据得到还原，最后再构造低通滤波器以及进行离散傅里叶变换该车轮各个阶次多边形磨耗的粗糙度等级。通过实验测量数据验证，采用中点弦测法测得的车轮不圆度数据与真实不圆度数值的误差较小，可以实现车轮不圆度数据的车载式测量，各个阶次的粗糙度等级也可反映被测车轮目前的磨损状态。     

车体振动对接触网检测的影响分析及补偿方法研究

将机器视觉技术应用于轨道交通接触网检测车车体振动补偿,基于激光摄像传感器搭建了接触网检测车补偿装置,分析了多自由度车体振动之间的相互耦合关系及车体振动对检测数据的影响,推导了基于机器视觉的接触网检测车车体振动补偿计算公式,并将该补偿方法应用于接触网检测车。在郑徐客运专线进行试验,补偿后拉出值检测数据相较于补偿前,重复性误差均值减小了7.35 mm,补偿前后拉出值检测数据比照人工测量数据,补偿后比补偿前测量误差均值减小了8.80 mm,以及在杭州地铁2号线进行了检测数据与人工测量数据对比试验,补偿后比补偿前测量误差减小了10.25 mm。两项试验验证了该补偿方法对于提高接触网检测精度的有效性。     

北斗导航卫星系统在铁路控制测量中的应用研究

为探讨北斗导航卫星系统静态测量模式在铁路控制测量中的适用性,利用基线重复性指标以及最小二乘法拟合得到固定误差和比例误差指标,基于连盐铁路控制网24 h连续观测数据,研究分析了基线向量实测精度。结果表明,单独使用北斗导航卫星系统进行静态测量,可以满足铁路五等测量精度要求;若结合GPS观测数据,能够有效提高静态测量精度和可靠性;增加观测时段长度,可以降低固定误差,但对比例误差的影响不明显。建议使用商用软件基于北斗导航卫星系统观测数据进行铁路控制测量时,将基线长度控制在15 km以内。     

基于轨道倾角积分的长波高低轨道不平顺测量方法

高效且准确地对长波轨道不平顺进行监测是轨道几何测量领域的难点。分析两类惯性基准动态检测方法的测量误差来源，认为转向架与轨道间的“冲角”是造成长波不平顺测量精度损失的重要因素；为此，重新设计检测系统硬件结构，引入点头陀螺仪传感器和测距组件，在轨道平面建立“短弦”测量模型，推导基于误差状态扩展卡尔曼滤波估计的俯仰轨道倾角测量算法；通过补偿滤波与空间域积分等信号处理方法，计算长波高低轨道不平顺。现场试验表明：该方法有效复原7～200 m以内的长波高低不平顺；当截止波长为200 m时，相比传统的惯性基准法，平均精度增加了81%～88%,且受检测速度影响小；统计系统重复检测误差的95%分位数在1.5 mm以内，在大跨度桥梁形变与路基沉降监测等领域具有较好的应用前景。     

铁路货车装载状态监视和超限检测系统的研究

在图像处理与控制理论研究的基础上开发铁路货车装载状态监视及超限检测系统。系统由状态监视、高度监测、宽度监测及斜高监测四个子系统组成。通过对超限物体进行图像摄取,经由图像采集卡进入计算机形成图形文件,对货运装载超限状况实行实时监控与检测。建立分析超限数据的智能化软件系统,实现对安检操作的数字管理和结果的图形化显示。实验结果表明,该系统能够成功地监控货物超载情况和检测超限数据,能够达到每幅图像处理时间为40ms,动态监测精度为±20mm,静态监测精度为±10mm的精度要求,并且使径向畸变得到了很好的修正,镜头畸变小于1%,误差(以宽度测量为例)为15mm。     

基于双向近景摄影测量检测轨道平顺度的计算模型

为改进高速铁路轨道几何平顺性精调的测量精度与效率,本文提出一种基于双向近景摄影测量检测轨道几何状态的方法,通过从铁路正、反向里程对轨道进行双向摄影,以轨道控制网CPⅢ作为像控点,采用严密的光束法区域网平差理论,对轨道双向摄影图像进行联合平差处理,探索出近景摄影测量检测轨道中线偏差和轨面高程的计算模型与精度评估方法。仿真试验结果双向摄影相对于单向摄影的横向与高程精度分别提高85%和42%。现场轨道试验段计算结果表明,双向近景摄影测量检测轨道的横向偏差测量精度为2.4mm,轨面高程精度为1.7mm,满足规范要求的轨道中线偏差与轨面高程测量精度指标,可为高速铁路轨道静态几何状态测量提供一种高效检测技术。     

轨道静态检测轨向高低新算法及精度研究

基于自动跟踪、自动照准功能的全站仪和轨道测量仪轨道静态检测技术已广泛应用于普速铁路和高速铁路的建设运营中。目前相关规范只对轨道静态检测的自由设站精度和轨道几何参数限差进行了规定,未对轨道几何参数的测量精度进行相关说明。基于轨道静态检测自由设站的设站误差和全站仪的观测误差,提出并推导利用轨道点横向、垂向偏差,计算轨向、高低的新算法及其精度模型。研究表明,使用标称精度为0.5″的全站仪施测,可满足轨道静态检测的精度要求。     

轨道长波不平顺半测回法测量精度的研究(Ⅰ)

与高速铁路平顺性最相关的静态检测数据为其长波数据。在各种长波测量方法中,相对测量中半测回法的工程实用性最好,但其长波测量精度亟待提高。本文研究影响半测回法长波测量精度的因素,测量中地球自转分量未得到完全补偿是造成其精度偏低的主要原因,提出对半测回法进行实时地球自转补偿的数学模型。在现阶段的试验中,根据线路设计资料对半测回法进行实时补偿,较好地修正了地球自转补偿不完全带来的误差,令半测回法的长波误差回到容许值(3 mm)以内。研究表明,进行实时地球自转补偿在提高半测回法的长波测量精度上是实用有效的。     

基于图像处理的接触网动态几何参数测量研究

为了保证高速列车安全运行,需要对接触网的高度以及拉出值等几何参数进行经常性的检测。接触式检测在高速铁路试验中会增大试验数据与实际运行数据之间的差异,从而导致接触网测试参数误差变大。现利用车顶摄像机测量接触网几何参数进行可行性分析,提出了一种利用图像处理技术,对摄像机影像进行处理,提取并计算接触网动态高度以及拉出值等参数的方法。试验结果表明系统具有设备安装简单,测量精度高等特点,具有充分的可行性。     

CPⅢ平面网必要点位精度的研究

研究目的:在考虑CPⅢ网的观测网形以及网中观测值的必要观测精度的前提下,对CPⅢ标准网以及改进网的必要点位精度进行仿真计算.通过误差理论分析,探讨CPⅢ点在2种网形下的合理点位精度,并进一步推算CPⅢ标准网以及改进网2次测量CPⅢ点X、Y方向坐标较差的合理允许误差.研究结论:采用边角网精度估算的方法,推算CPⅢ控制网的必要点位精度.认为改进CPⅢ网的交互强度虽比标准的CPⅢ网好,但其点位精度却比标准的CPⅢ网差,在横向精度方面差异更大.对标准CPⅢ网而言,其合理的可重复性测量精度应≤±1.5 mm,2次测量CPⅢ点X、Y方向坐标较差的允许值应≤±3.0 mm;对改进的CPⅢ网而言,其合理的可重复性测量精度应≤±2.0 mm,2次测量CPⅢ点X、Y方向坐标较差的允许值应≤±4.0 mm.     

既有轨道交通高架移梁接驳精度控制技术

以上海轨道交通2号线东延伸段移梁接驳工程为背景,着重对城市轨道交通移梁接驳施工精度进行了探讨。通过采取提高基地强度、模板刚度和设置预留拱度以及跟踪变形监测等措施,将制梁高度误差控制在±5mm,轴线误差控制在4 mm之内。通过采取基于PLC的液压同步移梁台车以及可调支座,有效控制了移梁和落梁的精度。通过采取上述措施,成功将本工程移梁精度控制在5 mm以内。     

高速铁路运营期轨道检测自由测站测量模式研究

提出一种同时进行轨道控制网CPⅢ复测与轨检小车测量的新方法,即轨道检测自由测站测量模式。在某高速铁路上选取长约500 m的线路进行验证,新方法与传统方法所测得的线路横向偏差之差处于-0. 7～0. 9 mm之间,均值为0. 2 mm,且100%处于±1. 0 mm以内;线路高程偏差之差处于-0. 9～0. 5 mm之间,均值为-0. 4 mm,且100%处于±1. 0 mm以内;新方法的三维平差数学模型正确,精度可靠,减少了上线作业时间,测量效率提高30%以上,可在今后的运营期线路维修过程中推广使用。     

轨道动态位移地面监测方法研究

针对检测列车运行过程中,因车辆轮载作用引起的轨道几何动静态测量差异问题,提出一种轨道动态位移地面监测方法。该方法利用高速相机采集钢轨上L型靶标的图像,实时解算为靶标中心点位姿,经空间坐标转换,将靶标中心点位姿转化为在线钢轨特征点的横、垂向位移,并通过轨道两侧钢轨形位变化的组合,计算得到轨道几何动静态差异。为验证监测方法的有效性,在试验室和现场开展了测试试验。试验结果显示,该方法测量靶标中心点横、垂向位移以及倾角的测量不确定度分别为0.07 mm、0.08 mm以及0.02°,现场测试轨距、水平动静态差异分别为0.07、0.10 mm,具有良好的一致性。     

基于模板匹配图像算法的高速铁路接触网几何参数测量

利用机器视觉三角测量原理,建立基于弓网视频的接触网几何参数测量参考坐标系,并进行测量标定。通过合理提取模板类型,利用时序图像滤波方法,实现连续视频图像快速匹配与参数测量。以海南东环铁路公司综合检测列车200 km/h的弓网视频检测数据为例,对比接触式检测系统测量数据和现场实测数据,分析测量结果准确性,用3次测量结果分析重复性。分析结果表明,基于模板匹配方法测量接触网几何参数方案可行,在200 km/h运行速度下,测量误差可控制在±20 mm。