钢轨轮廓全断面检测中轨廓动态匹配方法研究

钢轨轮廓匹配是钢轨廓形检测的关键步骤,决定轨道几何参数检测精度。在高速动态条件下实现检测钢轨轮廓与标准钢轨轮廓高精度自动匹配,是轨道几何参数高精度动态测量面临的重要问题。本文对钢轨轮廓高精度自动匹配方法进行了研究。首先,根据标准钢轨轮廓曲线曲率固有特征信息,对检测获取的轨腰和轨底廓形中不同圆弧、线段之间切点进行自动识别,实现不同圆弧、线段自动分割;然后,对获取的不同圆弧添加半径约束进行非线性拟合,准确提取各圆弧圆心坐标;最后,针对道岔处钢轨廓形复杂特点,提出采用Kalman滤波器对检测获取的标准轨腰和轨底特征点进行连续在线跟踪和预测,并根据结果构建道岔钢轨虚拟标准轨腰和轨底,以解决道岔处钢轨轮廓匹配问题。将该方法已在轨道检测车中进行实际应用,证明其是切实可行的。     

钢轨轮廓全断面检测中的快速高鲁棒性匹配方法研究

采用激光摄像技术对钢轨全断面廓形进行检测,为保证检测数据的准确性和实时性,其关键在于钢轨廓形的快速高鲁棒性匹配算法。在分析国内外钢轨轮廓检测、匹配现状的基础上,对钢轨廓形匹配方法进行了系统研究。根据标准钢轨不同半径滚动圆空间几何分布特性,提出利用钢轨廓形的斜率切线值来对钢轨原始廓形轨腰曲线部分进行自动分段,结合最小二乘拟合算法,处理分段后的钢轨廓形,快速完成钢轨廓形初匹配。通过改进ICP算法,完成钢轨廓形二维点云的精确匹配,缩减了匹配时间,提高了匹配鲁棒性。最后,将该方法应用于轨道检测设备的数据采集中,验证了该方法的有效性。     

基于几何特征的钢轨磨耗检测系统的研究

为解决高速动态条件下车体振动对钢轨磨耗检测带来的问题,在大量调研国内外利用激光技术进行钢轨磨耗检测的基础上,提出一种基于标准钢轨轨廓固有曲线曲率的钢轨磨耗检测方法,首先利用基于激光三角测距原理的传感器得到组成钢轨全断面轮廓一系列点的空间坐标;其次利用L-M优化算法进行数据处理,采用Hough变换方法检测钢轨轮廓固有几何特性;最后进行钢轨轮廓匹配后实现钢轨磨耗高精度检测。该方法已经运用在轨道检测小车上,试验数据表明:钢轨磨耗检测系统的重复性精度能到达0.005 mm,其高精度性和快速性能满足铁路部门对钢轨磨耗检测的要求。     

基于双重匹配参数估计的钢轨动态轮廓校准方法

减轻运行过程中振动对车载钢轨轮廓检测系统的不利影响,获取实时准确的轮廓检测数据是钢轨维护工作面临的重要问题。在对比激光视像技术和激光位移技术轮廓检测原理异同的基础上,对更适合高速铁路检测精度需求的激光位移技术进行了系统研究,并利用二维激光位移传感器搭建了钢轨轮廓动态测量平台;针对位移技术在动态测量时一直未能有效解决的变形轮廓校正问题,指出传统视像技术的解决方法不能被机械地照用,并提出一种基于轨颚点与轨腰特征区域双重匹配的轮廓仿射变换参数估计方法,然后利用粒子群算法对变换参数进行迭代优化,实现钢轨变形轮廓校准,最后通过模拟振动实验验证了本方法的有效性。实验结果表明,本方法能较为准确地消除振动对测量数据的影响,为激光位移技术在钢轨轮廓高精度动态检测中的推广应用提供了新的思路和技术参考。     

基于激光摄像技术的钢轨磨耗截面积测量方法研究

磨损后的钢轨轨头轮廓极不规整,传统钢轨磨耗计算方法无法准确表征磨损后的钢轨轮廓全貌。最新轨道检测车采用激光摄像技术,实现了钢轨轮廓连续在线检测。本文提出在现有的轨道检测车中添加钢轨磨耗截面积检测功能,以克服传统钢轨磨耗测量存在的不足。建立用于钢轨磨耗检测的激光摄像式传感器标定计算模型。对钢轨磨耗截面积测量中标准钢轨轮廓曲线解析式求解、动态钢轨轮廓基准点对齐、钢轨磨耗截面积数值计算等关键问题进行了详细的阐述。选取深圳地铁龙岗线GJ-2型轨道检测车,在六约至丹竹头区间进行试验。分别采用传统钢轨磨耗计算方法和钢轨磨耗截面积计算方法,同时对左右股钢轨磨耗进行检测,并给出采用上述不同方法在该区间2000m距离检测的数据。     

基于动态参考的钢轨轮廓失真校准方法

有效修正车体运行过程中轮轨振动引起的廓形检测误差是钢轨廓形动态检测的关键。本文对轮轨振动的多个要素进行系统分析,指出引起廓形失真的点头和摇头振动是检测误差的主要来源;与标准轮廓相比,实测正常轮廓更适合作为曲线校准时的参考轮廓,因此本文提出一种参考轮廓构建方法,并通过在参考轮廓与待校准轮廓轨腰曲线上分别构造凸壳,实现特征点对的快速提取与仿射参数的求解。为验证本文方法的有效性,在室内基于二维激光位移传感器搭建钢轨轮廓测量平台,并进行模拟振动试验。试验结果表明:该方法能有效修正轮轨振动引起的廓形检测误差,检测速度可达225 km/h,具有一定的理论及工程应用价值。     

钢轨廓形检测系统现场校准方法研究

为保障钢轨廓形检测系统测量精度,对钢轨廓形检测系统现场校准装置和方法进行研究.根据廓形检测系统线结构光的图像测量原理,在校准装置的多个校准平面上进行廓形测量和计算,分析廓形检测系统的工作状态和不确定度.采用钢轨廓形检测系统校准装置对探伤车上廓形检测系统进行现场校准.经现场测试,相邻校准面上测量的钢轨廓形检测数据的差值小...     

基于动态测量的钢轨廓形打磨智能分析系统的研发

开发了一套基于动态测量的钢轨廓形打磨智能分析系统。该系统由钢轨廓形动态测量子系统、打磨策略子系统和接口子系统3个子系统构成。钢轨廓形动态测量子系统采用线结构光视觉技术对钢轨廓形进行动态测量;打磨策略子系统根据钢轨廓形动态测量子系统获得的现场钢轨廓形数据,实时生成可供钢轨打磨列车使用的打磨策略;接口子系统通过TCP/IP协议与打磨策略子系统通信,将打磨策略子系统生成的打磨策略传输给钢轨打磨列车的作业控制系统,从而控制钢轨打磨列车作业。     

基于2D的钢轨轮廓特征点提取方法研究

钢轨轮廓数据特征点快速、准确提取是保证钢轨轮廓精确匹配、轨道几何不平顺精确检测的前提。对基于二维激光位移传感器(2D)的钢轨轮廓测量数据特征点提取方法进行研究,通过对采集的钢轨半断面轮廓数据采用基于中值误差与连续度自适应调整权值的平滑滤波方法对实测轮廓数据进行平滑处理,解决存在分段的轮廓数据达到分段平滑的效果。提出钢轨轮廓特征曲线的概念,并给出特征曲线的一种定义方式,利用特征曲线上的特征点去快速定位实测轮廓特征点。最后,采用GJ-2型轨道检测车进行试验,通过对实际轨道进行轮廓测量,采用本文所提出的特征点提取方法对实测轮廓数据进行特征点提取,试验证明,该方法能快速、准确地定位轮廓特征点。     

钢轨轮廓全断面高精度动态视觉测量方法研究

在高速动态条件下获取准确的钢轨轮廓检测数据是钢轨维护面临的重要现实问题。本文在分析国内钢轨轮廓检测现状和借鉴国外钢轨轮廓检测经验基础上,对钢轨轮廓全断面动态检测技术进行系统研究。详细推演钢轨轮廓全断面视觉测量方法,建立内外侧钢轨轮廓测量视觉传感器全局测量模型;分析动态检测中车辆振动对钢轨轮廓检测的影响,探明车辆不同类型振动对钢轨轮廓测量误差影响规律,提出基于正交分解的车辆多自由度振动解耦和补偿方法;研制钢轨轮廓全断面动态检测装置,并进行静态标定试验和动态测量试验,试验结果验证方法切实可行。     

面向轨道维护的可变轨距轨道模型与钢轨点云的配准方法

基于车载Lidar技术相关的硬件和算法的快速发展,具备发展成快速车载轨道测量技术手段的潜力,从而替代传统的地面人工轨道测量手段。针对其中根据钢轨点云获取轨道轨距、钢轨位置等参数的问题,定义了可变轨距轨道模型,并在此实现可变轨距轨道模型与钢轨点云的配准方法。新算法在配准迭代过程根据钢轨点云到轨道工作边的距离来动态调整模型轨距,从而在轨道配准精度和轨距测量精度两项关键指标获得了同步提高。通过模拟数分析存在不同轨距偏差、超高等情况下算法性能,并和单钢轨轨道模型和固定轨距轨道模型的配准结果进行比较。最后通过一段干线铁路的实测点云进行测试,试验结果表明单钢轨轨道模型配准后左右钢轨的平行性得不到保证;在直线段与固定轨距轨道模型配准精度和轨距测量精度基本相当,配准精度为0.16 mm;在曲线段可变轨距轨道模型配准精度和轨距测量精度不受轨距变化的影响,显著优于固定轨距轨道模型的结果,精度高88.7%。     

钢轨截面曲线圆弧圆心精确求取方法

0引言铁路工务部门在对钢轨打磨过程中,首先需要通过各种测量手段获取钢轨截面的廓形,然后将该廓形与标准钢轨截面廓形进行对比,从而求取钢轨的磨损值。国产钢轨的截面廓形由3段圆弧构成,以60kg/m钢轨为例,钢轨截面廓形有R300、R80和R13等3段圆弧组成(见图1)。因此,对钢轨截面廓形上的某点而言,求取在该点的磨损值需要求取钢轨截面廓形圆弧的圆心,然后根据圆心求取钢轨截面廓形在该点处的法线,进而求得该点的磨损值。考虑到当前在求取钢轨磨损值时,采用AutoCAD作图     

基本轨和尖轨匹配廓形扫描的可行性分析

针对道岔产品外形轮廓质量检验,分析使用Miniprof轮廓仪对基本轨和尖轨匹配廓形匹配进行测量的思路和过程。通过制作基本轨和尖轨匹配廓形的基准廓形,并将所测量廓形与基准廓形进行对比,验证轮廓仪扫描测量方式的可行性。结果表明,利用Miniprof轮廓仪,可以获得完整的断面处基本轨和尖轨匹配廓形。     

大准铁路小半径曲线钢轨打磨廓形及工艺研究

针对大准铁路小半径曲线钢轨伤损和磨耗严重开展钢轨打磨技术研究,进行打磨模板设计。本文通过分析实测轮轨廓形的磨耗和接触特征,确定钢轨打磨目标廓形,据此设计得到适合于大准铁路小半径曲线的钢轨打磨廓形,并采用重载货车-轨道动力学模型和轮轨接触有限元模型进行理论计算与分析。结果表明:车轮与实测钢轨廓形匹配时,上股易形成过共形接触,下股接触点偏向轮缘根部,形成反向轮径差,降低曲线通过性能;车轮与打磨廓形匹配时轮轨接触状态得到明显改善,轮对冲角、轮轨横向力、脱轨系数、磨耗指数和轮轨接触应力均显著降低,大幅提高了曲线通过性能。     

基于2D激光位移传感器的轨底坡动态检测系统研究

设置合理的轨底坡可使钢轨轨头与车轮踏面合理接触,减轻钢轨轨头的不均匀磨耗,延长钢轨使用寿命。为提高轨底坡静态检测精度,线路日常养护和维修效率,提出一种基于2D激光位移传感器(简称2D)的钢轨廓形检测原理和ARM嵌入式技术的轨底坡动态检测方法。结合传感器工作原理与特点,搭建一套可在线连续检测的轨底坡动态检测系统。考虑到2D空间姿态变化,建立适用于轨底坡动态检测的双2D空间姿态关系模型和标定解算模型。因为车体振动会产生对轨底坡计算结果的影响,利用Kalman滤波算法建立多传感器的状态空间模型,对轨底坡计算结果进行补偿。最后选用GJ-4型轨道检测车进行地铁正线试验,试验结果与人工复核结果的对比,符合工务段要求精度。试验结果验证了该轨底坡动态检测系统切实可行,Kalman滤波算法能够很好地对轨底坡的计算结果进行补偿修正。     

基于动态模板的钢轨磨耗测量方法研究

对CCD摄像机拍摄的钢轨表面轮廓测量光带进行图像处理,获得单个像素宽的二值化钢轨横截面轮廓;将结构光平面方程与摄像机投影矩阵相结合,对钢轨横截面轮廓进行三维重建,提取钢轨轮廓线中轨腰圆弧段圆心和轨头下端点2个特征点的世界坐标值;由2个特征点和钢轨上任意不与这两点共线的点以及标准钢轨横截面轮廓的空间几何关系动态生成标准模板;将钢轨实测轮廓和动态生成的标准模板轮廓的坐标映射到测量坐标系下,对比计算获得钢轨磨耗值.实验室验证结果表明:该方法能快速、准确地动态生成钢轨横截面轮廓模板,实现钢轨磨耗的高精度测量,且测量结果具有良好的重复性和稳定性.     

基于图像处理的道砟颗粒二维廓形追踪提取算法

获取道砟颗粒廓形是研究有砟轨道道床力学性能及开展仿真分析的基础。针对传统图像处理中利用边缘检测算法获得道砟二维廓形信息的不足,提出追踪提取算法。采用数码相机和计算机技术搭建图像采集平台,通过颜色空间转化、二值化处理、边界追踪和数据优化等步骤实现了道砟二维廓形的提取。算法特点在于,提取的道砟颗粒二维廓形数据为有序的点列,廓形曲线连续且闭合良好,检测出来的边缘是单像素宽,通过使用游标卡尺测量证明实际廓形的最大粒径在考虑测量误差及精度的条件下二者数值基本相同。同时,基于前期学者对棱角指数的算法对本文提取廓形进行相应计算并与实测值比较,数值基本吻合,从而说明本算法在一定误差及精度条件下的有效性与可靠性。     

高速铁路动车组车体抖动问题分析与整治

针对某高速铁路动车组车体抖动问题,采集不同线路工况下车体振动加速度及平稳性数据、不同磨耗车轮踏面及打磨前后钢轨廓形,研究不同线路工况、车轮踏面和钢轨廓形对动车组车体振动特征影响,研究镟轮后不同时期车轮踏面和打磨前后钢轨廓形匹配下轮轨几何接触关系。同时,采用实际线路及动车组车辆参数,基于多体动力学软件Simpack建立包含实测车轮踏面和钢轨廓形的车辆-轨道耦合系统动力学模型,计算车轮镟修和钢轨打磨对车辆关键动力学指标的影响。研究结果表明:该高速铁路动车组车体抖动主要发生在隧道工况内,体现为垂向和横向的综合异常振动;随车轮踏面磨耗增加,实测车体振动加速度逐渐增大,轮轨接触关系逐渐恶化,与未廓形打磨钢轨匹配时尤为明显;钢轨打磨可以有效抑制等效锥度随车轮踏面磨耗增加的不断增大,有效改善轮轨接触关系。车轮镟修和钢轨廓形打磨均可降低等效锥度,有效整治高速铁路动车组车体抖动。     

基于LabVIEW的钢轨廓形动态采集系统研究

为解决人工钢轨磨耗检测方法效率低、精度低、结果不易存储等一系列缺点,设计开发基于LabVIEW的钢轨廓形动态采集系统,介绍其硬件组成及软件设计方法。该系统以轨面激光线为检测对象,不易受外界因素影响,测量精度高;检测人员可推动检测车在轨面上连续进行检测,效率高。可实现钢轨垂直磨耗,侧面磨耗和总磨耗的测量以及磨耗超限警报功能并完成测量数据的存储,对改善工务部门磨耗检测现状,保障铁路系统安全运行具有重要的意义。     

应用微机图像处理技术实现钢轨磨耗自动测量的研究

以微机为基础，用光电子技术和图像处理技术研制了一套钢轨磨耗自动测量试验样机。文中采用边缘线性内插算法对光带图像细化，并应用直接线性变换原理对细化的光带进行坐标变换，从而求得钢轨磨耗值。经试验和精度分析证实，该样机在动态的测量精度能满足钢轨磨耗测量精度的要求。