精品資料（2021-2022年收藏的）論文(2)

1、西安科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 31西 安 科 技 大 學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）任 務(wù) 書(shū)站名姓名楊利龍專(zhuān)業(yè)年級(jí)設(shè)計(jì)（或論文）題目：接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 2011 年 11 月 20 日完成日期：1、 具體要求： 電氣化鐵路因其運(yùn)輸能力強(qiáng)、運(yùn)營(yíng)成本低、能源消耗少和環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，受到世界各國(guó)的普遍重視，成為了當(dāng)今鐵路的發(fā)展方向。而接觸網(wǎng)作為電氣化鐵路的重要組成部分，其狀態(tài)的優(yōu)劣直接影響到電氣化鐵路的運(yùn)行安全，因此通過(guò)檢測(cè)接觸網(wǎng)狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)整治存在的問(wèn)題，對(duì)于電氣化鐵路的安全運(yùn)行舉足輕重。同時(shí)，為了不斷積累設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，提高檢修效率，節(jié)約運(yùn)行成本，使得持續(xù)提高接觸網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)水平成為

2、了電氣化鐵路迅猛發(fā)展的必然需求和重要保障。二十世紀(jì)末期，接觸網(wǎng)的接觸式檢測(cè)技術(shù)已日趨成熟，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。但由于技術(shù)復(fù)雜、成本較高且存在一定安全隱患等原因，極大地制約了這種檢測(cè)技術(shù)的普及推廣和檢測(cè)精度的進(jìn)一步提高。非接觸式檢測(cè)技術(shù)是將檢測(cè)設(shè)備安裝于車(chē)項(xiàng)，完全與高壓設(shè)備脫離接觸，使得技術(shù)和設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，安全性能大大提高，成本大幅下降。 2、 學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù) 本文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)基于圖像處理的非接觸式檢測(cè)系統(tǒng)的圖像預(yù)處理和目標(biāo)識(shí)別計(jì)算，在高速檢測(cè)情況下存在的主要問(wèn)題進(jìn)行研究，并運(yùn)用自適應(yīng)閥值法和自適應(yīng)控制技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。主要是對(duì)攝像機(jī)采集的圖像進(jìn)行多閥值段劃分，采用自適應(yīng)閥值和兩次二值化

3、處理方法進(jìn)行圖像預(yù)處理，然后運(yùn)用跟蹤識(shí)別技術(shù)將干擾目標(biāo)排除，最終得到有效目標(biāo)的幾何參數(shù)，目標(biāo)識(shí)別質(zhì)量和技術(shù)參數(shù)獲取效率明顯提高。另外，該系統(tǒng)還優(yōu)化了車(chē)項(xiàng)檢測(cè)設(shè)備的設(shè)置，針對(duì)閥值段優(yōu)化劃分、多目標(biāo)識(shí)別、照明光源開(kāi)閉控制、斷點(diǎn)接續(xù)等問(wèn)題，提出了改進(jìn)思路。3、 參考文獻(xiàn)1陳唐龍高速鐵路接觸網(wǎng)檢測(cè)若干關(guān)鍵技術(shù)研究西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文，20062馮金柱2003年68個(gè)國(guó)家和地區(qū)電氣化里程及電氣化率世界軌道交通，2004(6)33于萬(wàn)聚高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)成都：西南交通大學(xué)出版社，20024于萬(wàn)聚接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)及檢測(cè)原理北京：中國(guó)鐵道出版社，19935中華人民共和國(guó)鐵道部中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃，20041

4、6吳積欽，董昭德等。鐵道部客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)接觸網(wǎng)培訓(xùn)教材成都：西南交通大學(xué)出版社，20077張道俊，張韜接觸網(wǎng)運(yùn)營(yíng)檢修和管理北京：中國(guó)鐵道出版社，20068張韜接觸網(wǎng)狀態(tài)修工作的思考鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛，2004(2)9朱德勝德國(guó)接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)電氣化鐵道，2004(3)lO李大為德國(guó)接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸壓力檢測(cè)及其缺陷判別技術(shù)淺析鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2005(8)11陳唐龍接觸網(wǎng)檢測(cè)車(chē)振動(dòng)補(bǔ)償研究西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1999(212于正平，張弘，吳鴻標(biāo)，昌月朝高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)一受電弓統(tǒng)的研究中國(guó)鐵道科學(xué)，199920(1)13蔡學(xué)敬陳唐龍牛大鵬基于OnuriS線(xiàn)陣列CCD攝像技術(shù)的高速電化鐵路接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)軌道

5、交通，2007(5)指導(dǎo)教師： 年 月 日審 批 人： 年 月 日指導(dǎo)老師： 職稱(chēng)： 年 月 日繼續(xù)教育學(xué)院 蓋章西安科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 評(píng) 審 意 見(jiàn) 書(shū)評(píng)審意見(jiàn)：評(píng)審人： 職稱(chēng)： 年 月 日評(píng)審成績(jī)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)審小組 簽字西安科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)題 目 函 授 站 專(zhuān)業(yè)及班級(jí) 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 日 期 繼續(xù)教育學(xué)院 誠(chéng)信承諾一、 本論文是本人獨(dú)立完成；二、 本論文沒(méi)有任何抄襲行為；三、 若有不實(shí)，一經(jīng)查出，請(qǐng)答辯委員會(huì)取消本人答辯資格。承諾人（鋼筆填寫(xiě)）： 年月日摘 要電氣化鐵路因其運(yùn)輸能力強(qiáng)、運(yùn)營(yíng)成本低、能源消耗少和環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，受到

6、世界各國(guó)的普遍重視，成為了當(dāng)今鐵路的發(fā)展方向。而接觸網(wǎng)作為電氣化鐵路的重要組成部分，其狀態(tài)的優(yōu)劣直接影響到電氣化鐵路的運(yùn)行安全，因此通過(guò)檢測(cè)接觸網(wǎng)狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)整治存在的問(wèn)題，對(duì)于電氣化鐵路的安全運(yùn)行舉足輕重。同時(shí)，為了不斷積累設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，提高檢修效率，節(jié)約運(yùn)行成本，使得持續(xù)提高接觸網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)水平成為了電氣化鐵路迅猛發(fā)展的必然需求和重要保障。二十世紀(jì)末期，接觸網(wǎng)的接觸式檢測(cè)技術(shù)已日趨成熟，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。但由于技術(shù)復(fù)雜、成本較高且存在一定安全隱患等原因，極大地制約了這種檢測(cè)技術(shù)的普及推廣和檢測(cè)精度的進(jìn)一步提高。非接觸式檢測(cè)技術(shù)是將檢測(cè)設(shè)備安裝于車(chē)項(xiàng)，完全與高壓設(shè)備脫離接觸，使

7、得技術(shù)和設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，安全性能大大提高，成本大幅下降。本文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)基于圖像處理的非接觸式檢測(cè)系統(tǒng)的圖像預(yù)處理和目標(biāo)識(shí)別計(jì)算，在高速檢測(cè)情況下存在的主要問(wèn)題進(jìn)行研究，并運(yùn)用自適應(yīng)閥值法和自適應(yīng)控制技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。主要是對(duì)攝像機(jī)采集的圖像進(jìn)行多閥值段劃分，采用自適應(yīng)閥值和兩次二值化處理方法進(jìn)行圖像預(yù)處理，然后運(yùn)用跟蹤識(shí)別技術(shù)將干擾目標(biāo)排除，最終得到有效目標(biāo)的幾何參數(shù)，目標(biāo)識(shí)別質(zhì)量和技術(shù)參數(shù)獲取效率明顯提高。另外，該系統(tǒng)還優(yōu)化了車(chē)項(xiàng)檢測(cè)設(shè)備的設(shè)置，針對(duì)閥值段優(yōu)化劃分、多目標(biāo)識(shí)別、照明光源開(kāi)閉控制、斷點(diǎn)接續(xù)等問(wèn)題，提出了改進(jìn)思路。關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng)；非接觸式檢測(cè)；圖像處理；自適應(yīng)算法Abstrac

8、tElectrified railway transport capacity because of its strong, low operating costs, energy consumption and environmental pollution fewer advantages, such as by the general emphasis on countries in the world has become today's railway development. The catenary electrification of the railway as an

9、 important component of the merits of its state directly affects the safe operation of electric railways, so by detecting the catenary state, the timely detection of crime problems, for the safe operation of electric railways vital. At the same time, in order to continue to accumulate the design, co

10、nstruction and maintenance experience, improve maintenance efficiency and save operating costs, making continued to improve the level of detection of catenary electrified railway has become the inevitable demand for rapid development and an important guarantee. The end of the twentieth century, cate

11、nary contact-type detection techniques have become more mature, widely used at home and abroad. However, due to technical complexity, high cost and there is a certain security risks and other factors, has greatly restricted the spread of this detection technology and detection accuracy further impro

12、ved. Non-contact detection technology is to detect items of equipment installed in the car, complete with high-pressure equipment, disengagement, enabling technology and equipment is relatively simple, greatly improved safety performance, the cost has dropped significantly. In this paper, the curren

13、t domestic-based image processing, non-contact detection system of image pre-processing and object recognition terms, in the case of high-speed detection of the main problems to study and use adaptive thresholding method and its adaptive control techniques were improvement. Mainly for multi-camera i

14、mage acquisition threshold divided into paragraphs, using adaptive binarization threshold and the two treatment methods for image preprocessing, and then the use of tracking technology will interfere with target identification to exclude the ultimate goal of an effective geometric parameters, target

15、 identification, quality and technical parameters for the efficiency has improved significantly. In addition, the system also optimized the car items of test equipment settings for optimal classification threshold segment, multi-target recognition, illumination opening and closing control, breakpoin

16、t continuation problems, suggestions for improvement ideas. Keywords: Catenary; non-contact detection; image processing; adaptive algorithm第1章 緒論1.1引言1879年5月31日，在德國(guó)柏林舉辦的世界博覽會(huì)上，德國(guó)西門(mén)子公司和哈爾斯克公司展出了世界上第一條電氣化鐵路。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展、鐵路運(yùn)量增長(zhǎng)和對(duì)能源利用率的重視，電氣化鐵路運(yùn)輸能力強(qiáng)、運(yùn)營(yíng)成本低、能源消耗少、環(huán)境污染小的優(yōu)點(diǎn)受到了世界各國(guó)的青睞。一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大規(guī)模的電氣化鐵路建設(shè)，使它從工礦線(xiàn)路

17、和一些大城市的近郊線(xiàn)路，迅速發(fā)展到城市之間和繁忙的鐵路干線(xiàn)。二十世紀(jì)七十年代末，歐洲各國(guó)、日本以及前蘇聯(lián)的鐵路主要干線(xiàn)均已實(shí)現(xiàn)了電氣化。截止2003年底，世界電氣化鐵路已達(dá)到264萬(wàn)公里，約占世界鐵路總營(yíng)業(yè)里程(約121萬(wàn)公里)的21.8。我國(guó)第一條電氣化鐵路寶成線(xiàn)寶雞至鳳州段始建于1958年6月，于1961年8月15日建成，由此揭開(kāi)了我國(guó)電氣化鐵路建設(shè)的序幕。雖然起步較晚，但經(jīng)過(guò)50年的飛速發(fā)展，己躋身于世界電氣化鐵路大國(guó)行列。2006年9月，我國(guó)電氣化鐵路總里程突破2.4萬(wàn)公里，成為繼俄羅斯之后世界第二大電氣化鐵路國(guó)家，鐵路電氣化率達(dá)到27，初步形成了布局合理、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的電氣化鐵路運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)

18、。預(yù)計(jì)到2020年，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到10萬(wàn)公里，電氣化率達(dá)到50。屆時(shí)，我國(guó)的電氣化鐵路不論里程長(zhǎng)度和技術(shù)裝備，還是所承擔(dān)的客貨運(yùn)輸量都將跨入世界先進(jìn)行列。接觸網(wǎng)檢測(cè)是運(yùn)用技術(shù)手段對(duì)接觸網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行在線(xiàn)檢測(cè)，根據(jù)接觸網(wǎng)設(shè)備可測(cè)得的和外部可辨認(rèn)的特征對(duì)其工作狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。在高速鐵路的建設(shè)和發(fā)展上，電氣化鐵路以其顯著的優(yōu)點(diǎn)被許多國(guó)家作為大力研究和重點(diǎn)發(fā)展的目標(biāo)，使得接觸網(wǎng)設(shè)備檢測(cè)特別是動(dòng)態(tài)檢測(cè)變得越來(lái)越重要。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。(1)高速電氣化鐵路的建設(shè)和發(fā)展需要不斷地積累經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)不同條件、各種項(xiàng)目的檢測(cè)結(jié)果分析，驗(yàn)證預(yù)期效果，找出設(shè)備運(yùn)行規(guī)律，為今后設(shè)計(jì)、施工、維修持續(xù)改進(jìn)提供依據(jù)。(2

19、)接觸網(wǎng)作為電氣化鐵路的大動(dòng)脈，其質(zhì)量?jī)?yōu)劣與電力機(jī)車(chē)運(yùn)行安全直接相關(guān)。由于接觸網(wǎng)設(shè)備露天布置且無(wú)備用，工作環(huán)境惡劣，如不加強(qiáng)設(shè)備檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)整治設(shè)備隱患，就會(huì)危及行車(chē)安全，嚴(yán)重干擾運(yùn)輸秩序。(3)以接觸網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)作為依據(jù)的狀態(tài)檢修是一種先進(jìn)、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的檢修體制。它是通過(guò)合理安排檢測(cè)周期，及時(shí)獲得設(shè)備狀態(tài)；通過(guò)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的分析判斷，制定檢修計(jì)劃和檢修方案；通過(guò)增強(qiáng)檢修的針對(duì)性，節(jié)省檢修時(shí)間和檢修成本，提高人員利用率；再通過(guò)檢測(cè)來(lái)檢驗(yàn)檢修質(zhì)量，獲得設(shè)備新的狀態(tài)。其中的檢測(cè)環(huán)節(jié)在狀態(tài)檢修實(shí)施過(guò)程中舉足輕重，直接關(guān)系到狀態(tài)檢修的成效。(4)在動(dòng)態(tài)情況下，通過(guò)模擬受電弓運(yùn)行環(huán)境檢測(cè)接觸網(wǎng)技術(shù)參數(shù)

20、是最貼近實(shí)際運(yùn)行情況的檢測(cè)手段。它能夠發(fā)現(xiàn)靜態(tài)檢測(cè)無(wú)法發(fā)現(xiàn)的設(shè)備問(wèn)題，提高對(duì)設(shè)備運(yùn)行規(guī)律的認(rèn)知程度，積累管理經(jīng)驗(yàn)。(5)接觸網(wǎng)設(shè)備動(dòng)態(tài)檢測(cè)效率很高，人工檢測(cè)十公里設(shè)備需要幾個(gè)小時(shí)，而動(dòng)態(tài)檢測(cè)幾個(gè)小時(shí)就能夠檢測(cè)數(shù)百甚至上千公里，檢測(cè)結(jié)果可通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助處理，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，工作效率明顯提高。1.2國(guó)內(nèi)外接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀為了適應(yīng)電氣化鐵路發(fā)展需要，優(yōu)選接觸網(wǎng)和受電弓的結(jié)構(gòu)形式及檢查接觸網(wǎng)的施工、維修質(zhì)量，以電力牽引為主的德國(guó)、法國(guó)、日本、前蘇聯(lián)等國(guó)家都無(wú)一例外地在發(fā)展電氣化鐵路的同時(shí)，大力研究接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)。接觸網(wǎng)檢測(cè)按照檢測(cè)設(shè)備(傳感器)是否接觸(近)接觸網(wǎng)設(shè)備可分為接觸式檢測(cè)

21、和非接觸式檢測(cè)。接觸網(wǎng)檢測(cè)的內(nèi)容主要有偏移(接觸線(xiàn)偏離受電弓中心的位置)、高度(接觸線(xiàn)至軌面的距離)、硬點(diǎn)(對(duì)受電弓產(chǎn)生沖擊)和離線(xiàn)(弓網(wǎng)機(jī)械脫離)。由于檢測(cè)方式不同，檢測(cè)內(nèi)容各有側(cè)重。1.2.1接觸式動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)目前世界上，采用接觸式檢測(cè)方式進(jìn)行接觸網(wǎng)檢測(cè)的國(guó)家有很多。德國(guó)、日本、法國(guó)和瑞士等國(guó)家都研制開(kāi)發(fā)了各具特色的檢測(cè)系統(tǒng)，重點(diǎn)測(cè)試弓網(wǎng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。其中最具代表性的是德國(guó)接觸網(wǎng)檢測(cè)裝置。德國(guó)研制的接觸網(wǎng)檢測(cè)裝置如圖所示。它是通過(guò)在受電弓上安裝壓力傳感器和加速度傳感器，測(cè)試弓網(wǎng)接觸壓力、沖擊加速度(硬點(diǎn))和離線(xiàn)等動(dòng)力學(xué)參數(shù)，并由受電弓上弓網(wǎng)接觸壓力的分布情況計(jì)算出拉出值，由受電弓框架轉(zhuǎn)軸的角

22、位移計(jì)算出接觸線(xiàn)高度。我國(guó)目前主流的接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置也屬于這種方式，是以日本技術(shù)為基礎(chǔ)，后借鑒德國(guó)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的。1962年，鐵道部科學(xué)研究院裝備了第一輛接觸網(wǎng)檢測(cè)車(chē)，當(dāng)時(shí)僅能檢測(cè)導(dǎo)線(xiàn)高度和弓網(wǎng)間的大離線(xiàn)。1980年研制出滿(mǎn)足80km/h運(yùn)營(yíng)的接觸網(wǎng)檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)了離線(xiàn)、偏移、高度等主要項(xiàng)目的檢測(cè)。1998年12月，西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院研制成功接觸網(wǎng)檢測(cè)車(chē)(如圖所示)，基本滿(mǎn)足160km/h準(zhǔn)高速鐵路接觸網(wǎng)檢測(cè)的需要。車(chē)頂配置一臺(tái)受電弓，受電弓滑板卜安裝有檢測(cè)接觸壓力、加速度、拉出值等多種傳感器。后來(lái)，取消了受電弓上的拉出值傳感器，根據(jù)受電弓上弓網(wǎng)接觸壓力的分布情況計(jì)算拉出值，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)

23、技術(shù)的重大突破。 a)德國(guó)接觸網(wǎng)檢測(cè)姨置 b)國(guó)產(chǎn)JJC一1型接觸網(wǎng)檢測(cè)裝置圖11典型接觸式接觸網(wǎng)榆測(cè)裝置圖11典型接觸式接觸網(wǎng)榆測(cè)裝置接觸式檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好，能夠同時(shí)測(cè)試接觸線(xiàn)幾何參數(shù)和弓網(wǎng)接觸的動(dòng)力學(xué)參數(shù)：測(cè)試得到的弓網(wǎng)接觸壓力動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)，能夠詳細(xì)刻畫(huà)弓網(wǎng)接觸運(yùn)行的動(dòng)態(tài)過(guò)程，較好地反映接觸線(xiàn)的受流特性。但也存在一些問(wèn)題，如由于放大器存在溫度漂移，高壓端微弱傳感信號(hào)放大后受溫度影響加劇，動(dòng)力學(xué)測(cè)試參數(shù)誤差較大：由于傳感器安裝在受電弓上，增大了滑板的附加質(zhì)量，系統(tǒng)安全性降低，同刊弓網(wǎng)接觸滑動(dòng)的離線(xiàn)增多，電磁干擾嚴(yán)重，檢測(cè)精度受到較大影響；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)保養(yǎng)困難，需要高低壓隔離設(shè)備，成本較高。

24、1.2.2非接觸式動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)目前世界上，開(kāi)展非接觸式檢測(cè)研究實(shí)踐的主要有德國(guó)、意大利、日本、奧地利和韓國(guó)等國(guó)家，重點(diǎn)測(cè)試接觸網(wǎng)幾何參數(shù)。其中最具代表性的是德國(guó)基于圖像處理的接觸網(wǎng)檢測(cè)裝置。德國(guó)BB公司于1982年開(kāi)始進(jìn)行接觸網(wǎng)非接觸式檢測(cè)裝置的研制，主要采用伺服跟蹤和圖像處理技術(shù)。在車(chē)頂線(xiàn)陣布置了4個(gè)CCD(ChargedCoupledDevice)攝像機(jī)和3個(gè)聚光燈，通過(guò)伺服跟蹤移動(dòng)，使接觸線(xiàn)在CCD攝像機(jī)中成像，然后通過(guò)實(shí)時(shí)圖像處理，計(jì)算出接觸線(xiàn)高度和拉出值。1996年改進(jìn)后，實(shí)現(xiàn)了全天候檢測(cè)。2000年，采用高分辨率攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)了接觸線(xiàn)磨耗測(cè)量。該檢測(cè)裝置如圖1-2所示。圖1-2德圍非接

25、觸接觸網(wǎng)檢測(cè)裝置目前，我國(guó)基于圖像處理的檢測(cè)系統(tǒng)主要是在德國(guó)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。由車(chē)頂安裝的兩臺(tái)線(xiàn)陣CCD高速攝像機(jī)將接觸網(wǎng)的動(dòng)態(tài)圖像拍攝下來(lái)，經(jīng)過(guò)圖像采集設(shè)備轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)二值化、模式識(shí)別等圖像處理手段，分析計(jì)算接觸線(xiàn)的空間位置，最終得到接觸線(xiàn)的高度和拉出值。非接觸式檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)需在受電弓上安裝傳感器，系統(tǒng)安全性好；檢測(cè)裝置置于車(chē)頂，安裝調(diào)試方便且遠(yuǎn)離電磁干擾，檢測(cè)精度較高：有無(wú)受電弓均可檢測(cè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、成本較低，除電力機(jī)車(chē)外，還能夠安裝在內(nèi)燃機(jī)車(chē)和各種軌道檢修作業(yè)車(chē)輛上開(kāi)展設(shè)備檢測(cè)工作，普及應(yīng)用前景廣闊。但因?yàn)槟繕?biāo)識(shí)別準(zhǔn)確度和技術(shù)參數(shù)獲取效率還不能很好適應(yīng)高速檢測(cè)，故目前尚未普及

26、推廣。第2章 接觸網(wǎng)非接觸式檢測(cè)原理2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于圖像處理技術(shù)的接觸網(wǎng)非接觸式檢測(cè)系統(tǒng)是建立在包括模糊圖像識(shí)別和圖像處理等視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)上的檢測(cè)系統(tǒng)，主要包括線(xiàn)陣CCD攝像機(jī)、照明光源和終端計(jì)算機(jī)處理三個(gè)子系統(tǒng)。檢測(cè)內(nèi)容涵蓋了接觸網(wǎng)的基本幾何參數(shù)。系統(tǒng)配有功能強(qiáng)大的軟件包，可對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)按照不同要求進(jìn)行分析處理，自動(dòng)生成分析報(bào)告，為設(shè)備檢修工作提供可靠詳實(shí)的技術(shù)數(shù)據(jù)。2.1.1線(xiàn)陣COD攝像機(jī)線(xiàn)陣CCD攝像機(jī)主要是對(duì)接觸線(xiàn)進(jìn)行線(xiàn)掃描成像和簡(jiǎn)單的信號(hào)處理，并將處理結(jié)果通過(guò)USB高速接口發(fā)送到終端計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。1COD圖像傳感器CCD又稱(chēng)光電耦合器，是一種以電荷為信號(hào)載體的微型圖像傳感器。自19

27、70年在貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生以來(lái)，隨著半導(dǎo)體微電子技術(shù)迅速發(fā)展，像素集成度、分辨率、幾何精度和靈敏度大大提高，工作頻率范圍顯著增加，很好地滿(mǎn)足了對(duì)高速運(yùn)動(dòng)物體的拍攝。因其光譜響應(yīng)寬、動(dòng)態(tài)范圍大、靈敏度和幾何精度高、噪聲低、體積小、重量輕、低電壓、低功耗、抗沖擊、耐震動(dòng)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、堅(jiān)固耐用、壽命長(zhǎng)、圖像畸變小、無(wú)殘像、可以長(zhǎng)時(shí)間工作于惡劣環(huán)境、便于進(jìn)行數(shù)字化處理和與計(jì)算機(jī)連接等諸多優(yōu)點(diǎn)，在圖像采集、非接觸測(cè)量和實(shí)時(shí)監(jiān)控方面得到了廣泛應(yīng)用，成為現(xiàn)代光電子學(xué)和測(cè)試技術(shù)中最活躍、最富有成果的研究領(lǐng)域之一。線(xiàn)陣CCD圖像傳感器如圖2-1所示，是由線(xiàn)性排列的光敏元、轉(zhuǎn)移柵、移位寄存器及一些輔助輸入、輸出

28、電路組成，具有光電轉(zhuǎn)換、電荷存儲(chǔ)、電荷轉(zhuǎn)移、信號(hào)讀出功能。通過(guò)感受照射在它上面的光的強(qiáng)弱與色彩，將一幅空間分布的光學(xué)圖像變換成按時(shí)間順序分布的視頻電壓信號(hào)。其工作過(guò)程如下：(1)光電轉(zhuǎn)換當(dāng)目標(biāo)圖像經(jīng)過(guò)光學(xué)物鏡成像在CCD傳感器光敏面上時(shí)，光敏元把入射光量子按比例轉(zhuǎn)換成光生電荷。這個(gè)時(shí)期稱(chēng)為光積分期，也稱(chēng)為曝光期。(2)電荷存儲(chǔ)在光積分期同時(shí)，光敏元下面的勢(shì)阱收集和存儲(chǔ)這些光生電荷并形成電荷包，將被攝景物圖像亮度分布轉(zhuǎn)變?yōu)楣饷魠^(qū)下的電荷分布。 (3)電荷轉(zhuǎn)移在光積分結(jié)束后，打開(kāi)轉(zhuǎn)移柵，通過(guò)轉(zhuǎn)移脈沖將勢(shì)阱中的電荷包轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的移位寄存器中去。 (4)信號(hào)輸出在移位脈沖的作用下，移位寄存器中的電荷包

29、被依次移出，進(jìn)入相應(yīng)放大電路。每個(gè)光生電荷被依次轉(zhuǎn)變成相應(yīng)信號(hào)，再經(jīng)合成電路得到視頻信號(hào)。輸出信號(hào)可接示波器、圖像顯示器或其它信號(hào)存儲(chǔ)處理設(shè)備，進(jìn)行信號(hào)再現(xiàn)或存儲(chǔ)處理。 a)CCD芯片 b)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖2-1線(xiàn)陣CCD芯片及其結(jié)構(gòu)示意圖2線(xiàn)陣攝像機(jī)線(xiàn)陣傳感器攝像機(jī)與其它類(lèi)型傳感器攝像機(jī)相比，具有較高分辨率和很好的實(shí)時(shí)輸出特性。高速線(xiàn)陣傳感器攝像機(jī)掃描一次，可立即將掃描結(jié)果進(jìn)行一次視頻輸出，很容易做連續(xù)處理，非常適合對(duì)被測(cè)圖像信息進(jìn)行快速采樣、存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)處理。又由于線(xiàn)陣CCD測(cè)量精度和掃描頻率很高，對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)物體也能得到高分辨率的圖像，所以在高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)中備受青睞。本次所研

30、究系統(tǒng)中采用的是德國(guó)FEITH公司生產(chǎn)的線(xiàn)陣攝像機(jī)Onuris-SLIS2048(如圖2-2)。其最大行掃描率達(dá)20kHz圖像采集達(dá)14699幀秒，具有很高的掃描和采集頻率。兩臺(tái)攝像機(jī)分散傾斜安裝于車(chē)項(xiàng)兩側(cè)，相對(duì)于車(chē)頂中心線(xiàn)對(duì)稱(chēng)布置，攝象機(jī)主光軸所在平面與車(chē)頂平面夾角為60。 a)外觀圖 b)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖22 Onuris線(xiàn)陣CCD高速攝像機(jī)212照明光源本次所研究系統(tǒng)的照明光源由兩臺(tái)功率500W聚光燈組成。兩臺(tái)聚光燈位于兩攝像機(jī)中間，相對(duì)車(chē)項(xiàng)中心線(xiàn)對(duì)稱(chēng)布置。在機(jī)車(chē)進(jìn)入隧道、夜晚以及背景亮度較低的情況下，為攝像機(jī)工作提供照明光源。光源產(chǎn)生的光柱覆蓋車(chē)頂兩臺(tái)攝像機(jī)視覺(jué)重疊部分構(gòu)成的光幕靶，且在光幕

31、靶的范圍內(nèi)照度均衡。光源的照度由光源控制卡控制，根據(jù)背景光的強(qiáng)度，自動(dòng)調(diào)整光源的強(qiáng)度，便于系統(tǒng)適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境。213終端處理系統(tǒng)終端計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)由一臺(tái)計(jì)算機(jī)和相關(guān)處理軟件組成。軟件設(shè)計(jì)采用SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)操作系統(tǒng)以及Visualc+60做為應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)工具。其作用是：(1)配置攝像機(jī)屬性，滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)攝像機(jī)圖像拍攝速度、曝光時(shí)間、圖像信息傳遞同步機(jī)制的要求。(2)以多媒體技術(shù)與模糊圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)，接收前端兩臺(tái)線(xiàn)掃描攝像機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的掃描圖像，用圖像預(yù)處理軟件來(lái)區(qū)分背景和目標(biāo)，通過(guò)計(jì)算軟件獲得接觸線(xiàn)的高度和拉出值。(3)實(shí)時(shí)監(jiān)視并記錄檢測(cè)的整個(gè)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果的回放、檢索、生成報(bào)告和

32、打印。另外，終端處理系統(tǒng)還具備攝像機(jī)控制故障分析、通信以及光源控制等功能。軟件系統(tǒng)模塊組成如圖2-3所示。圖2-3 軟件系統(tǒng)模塊組成2.2目標(biāo)識(shí)別對(duì)采集圖像進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別的基本前提是對(duì)圖像進(jìn)行分割預(yù)處理。根據(jù)灰度特征把圖像劃分成若干個(gè)互不相交的區(qū)域，使得這些特征在同一區(qū)域內(nèi)，表現(xiàn)出一致性或相似性，而在不同區(qū)域間表現(xiàn)出明顯的不同，進(jìn)而在一幀圖像中，將目標(biāo)從背景中分離出來(lái)，以便于進(jìn)一步處理。在具體應(yīng)用中，分割是對(duì)圖像進(jìn)一步分析、識(shí)別的前提，分割的準(zhǔn)確性將直接影響到后續(xù)任務(wù)的有效性。閥值法是一種傳統(tǒng)的圖像分割方法，是圖像分割中最基本、最簡(jiǎn)單，同時(shí)也是應(yīng)用最廣泛的分割技術(shù)。它具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、計(jì)算量小、性能

33、較穩(wěn)定等顯著特點(diǎn)，特別適用于目標(biāo)和背景占據(jù)不同灰度級(jí)范圍的圖像，不僅可以極大的壓縮數(shù)據(jù)量，而且也大大簡(jiǎn)化了分析和處理步驟，在紅外成像、遙感、醫(yī)學(xué)等很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。圖像閥值化首先是將像素集合劃分為若干閥值段，然后針對(duì)每個(gè)閥值段對(duì)應(yīng)的灰度圖像各像素灰度值通過(guò)一定算法得到其特征閥值，以此為標(biāo)準(zhǔn)將圖像分割為兩個(gè)部分，分別用0和1表示。這樣就將原始灰度值變換為二值化特征值，完成了圖像的預(yù)處理，為目標(biāo)識(shí)別打下了基礎(chǔ)。本次所研究的系統(tǒng)是采用全局閥值法對(duì)圖像進(jìn)行分割預(yù)處理，將整個(gè)一幀灰度圖像劃分為一個(gè)閥值段，段內(nèi)各像素灰度值的平均值做為特征閥值，然后進(jìn)行二值化，完成圖像預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)與背景的分離。2.

34、3檢測(cè)方法當(dāng)線(xiàn)陣攝像機(jī)與被攝物體在縱向相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，每次采集都能得到目標(biāo)的一幀二維圖像數(shù)據(jù)，然后通過(guò)全局閥值法進(jìn)行圖像預(yù)處理，區(qū)分背景和目標(biāo)，最終利用相交式幾何定位計(jì)算方法完成目標(biāo)定位和幾何參數(shù)獲取。檢測(cè)主要步驟和功能如下。(1)圖像采集安裝在車(chē)頂?shù)膬蓚€(gè)線(xiàn)陣CCD攝像機(jī)同時(shí)對(duì)接觸線(xiàn)目標(biāo)進(jìn)行掃描，各自得到背景和目標(biāo)混合的灰度圖像。(2)圖像預(yù)處理對(duì)灰度圖像利用全局閥值法進(jìn)行處理，區(qū)分背景和目標(biāo)區(qū)域，獲取目標(biāo)。晝間背景明亮，其灰度值較高，目標(biāo)灰度值較低。采用平均灰度值作為閥值進(jìn)行圖像分割，大于閥值的是背景，二值化為0，小于閥值的是目標(biāo)，二值化為1。夜間、通過(guò)隧道及背景亮度較低時(shí)，需開(kāi)啟照明光源，二值

35、化方法相反。(3)目標(biāo)定位根據(jù)識(shí)別的目標(biāo)區(qū)域，找到目標(biāo)中心位置，然后將兩攝像機(jī)采集的目標(biāo)兩兩組合，進(jìn)行空間定位。(4)計(jì)算幾何參數(shù)根據(jù)(2-1)、(2-2)、(2-6)、(29)式計(jì)算，獲得接觸線(xiàn)目標(biāo)的高度和拉出值。該非接觸式檢測(cè)系統(tǒng)全部項(xiàng)目的檢測(cè)均采用圖像處理的方法，所需信息全部通過(guò)攝像機(jī)直接獲取，具有檢測(cè)方法簡(jiǎn)單、檢測(cè)設(shè)備無(wú)磨損、不需要高低電壓隔離、使用壽命長(zhǎng)、易于維護(hù)、不必對(duì)受電弓進(jìn)行任何改造以及安全系數(shù)大等一系列優(yōu)點(diǎn)n引。通過(guò)試驗(yàn)和結(jié)果分析，目前該檢測(cè)系統(tǒng)能夠完成檢測(cè)任務(wù)，但要更好地適應(yīng)高速檢測(cè)要求，還存在一些問(wèn)題需要改進(jìn)完善。(1)車(chē)頂攝像機(jī)傾斜安裝，與車(chē)頂平面存在一定夾角，易產(chǎn)生安

36、裝誤差。(2)采用光源控制卡控制照明光源開(kāi)閉。高速檢測(cè)時(shí)，因光源控制卡控制延遲，可能會(huì)出現(xiàn)因照明光源開(kāi)閉不及時(shí)而造成目標(biāo)丟失。(3)當(dāng)背景灰度不均勻以及一幀圖像出現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)時(shí)，采用全局閥值法進(jìn)行預(yù)處理，不能兼顧圖像各處情況而影響分割效果，容易造成目標(biāo)誤識(shí)別或丟失目標(biāo)。(4)當(dāng)背景中出現(xiàn)烏云、飛鳥(niǎo)、樹(shù)陰等干擾目標(biāo)以及一幀圖像出現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)時(shí)，雜亂的目標(biāo)圖使得獲取有效目標(biāo)幾何參數(shù)的效率降低。(5)特殊情況目標(biāo)圖像出現(xiàn)斷點(diǎn)時(shí)，無(wú)法獲得該處接觸線(xiàn)的幾何參數(shù)。第3章 接觸網(wǎng)非接觸式檢測(cè)系統(tǒng)計(jì)算方法針對(duì)目前非接觸式檢測(cè)系統(tǒng)需要改進(jìn)和完善的一些問(wèn)題，本文通過(guò)對(duì)自適應(yīng)控制和自適應(yīng)識(shí)別技術(shù)的研究，提出一系列改進(jìn)算

37、法。3.1平行式定位計(jì)算方法本次設(shè)計(jì)將檢測(cè)系統(tǒng)中車(chē)頂兩攝像機(jī)的安裝方式改為集中水平安裝，對(duì)稱(chēng)布置于車(chē)頂中心線(xiàn)兩側(cè)。攝像機(jī)主光軸所在平面與車(chē)頂平面夾角為90o。，不易產(chǎn)生角度安裝誤差。由于兩攝像機(jī)水平安裝，其主光軸必平行，故此種安裝方式對(duì)應(yīng)的定位計(jì)算方法稱(chēng)為平行式定位計(jì)算方法。3.1.1定位算法根據(jù)接觸線(xiàn)位置相對(duì)于攝像機(jī)鏡頭主光軸位置的不同，其定位計(jì)算可分為接觸線(xiàn)位于1#和2#兩攝像機(jī)主光軸中間、位于1#攝像機(jī)主光軸左側(cè)和位于2#攝像機(jī)主光軸右側(cè)三種情況。312檢測(cè)范圍由于電力機(jī)車(chē)受電弓工作高度范圍是5183mm-6683mm，受電弓工度為1250mmm，。即在受電弓工作高度范圍內(nèi)，均應(yīng)能夠檢測(cè)

38、其中心線(xiàn)左右至少625mm范圍的接觸線(xiàn)位置，見(jiàn)圖3-1中的矩形區(qū)域。圖3-1 矩形區(qū)域3.2自適應(yīng)算法在日常生活中，自適應(yīng)是指生物能改變自己的習(xí)性以適應(yīng)新環(huán)境的一種特征。自適應(yīng)算法是指系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的情況，自動(dòng)快速調(diào)節(jié)自身原有的行為特性以適應(yīng)對(duì)象和擾動(dòng)的變化。下面從白適應(yīng)控制和自適應(yīng)識(shí)別技術(shù)兩方面入手，闡述對(duì)原檢測(cè)系統(tǒng)基于自適應(yīng)算法的改進(jìn)思路。(1) 自適應(yīng)控制任何一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)都具有不同程度的不確定性。自適應(yīng)控制的研究對(duì)象就是具有一定程度不確定性的系統(tǒng)。描述被控對(duì)象及其環(huán)境的數(shù)學(xué)模型不完全確定，其中包含一些未知因素和隨機(jī)因素。從系統(tǒng)內(nèi)部來(lái)講，描述被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，設(shè)計(jì)者事先并不

39、一定能準(zhǔn)確知道；從系統(tǒng)外部來(lái)講，外部環(huán)境影響是不可預(yù)測(cè)的，可以等效地用擾動(dòng)來(lái)表示。此外，還有一些與測(cè)量設(shè)備以及被測(cè)目標(biāo)相關(guān)的不確定因素進(jìn)入系統(tǒng)。面對(duì)這些客觀存在的、各種各樣的不確定性，如何進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，使得輸出結(jié)果達(dá)到并保持最優(yōu)或者近似最優(yōu)，就是自適應(yīng)控制所要研究解決的問(wèn)題。自適應(yīng)控制是一種基于數(shù)學(xué)模型的控制方法，它所依據(jù)的關(guān)于模型和擾動(dòng)的先驗(yàn)知識(shí)比較少，需要在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中不斷提取有關(guān)信息，依據(jù)對(duì)象的輸入輸出數(shù)據(jù)，不斷地在線(xiàn)辨識(shí)模型參數(shù)，使模型逐步完善。隨著過(guò)程的延續(xù)，通過(guò)在線(xiàn)辯識(shí)，模型會(huì)變得越來(lái)越準(zhǔn)確，越來(lái)越接近于實(shí)際，控制系統(tǒng)也就具有了適應(yīng)能力。常規(guī)的反饋控制系統(tǒng)對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部特性的變

40、化和外部擾動(dòng)的影響也具有一定的抑制能力，但是由于控制器參數(shù)是固定的，所以當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部特性變化或者外部擾動(dòng)變化幅度很大時(shí)，系統(tǒng)的性能常常會(huì)大幅度下降，甚至不穩(wěn)定。接觸線(xiàn)作為被檢測(cè)的目標(biāo)，是一個(gè)具有許多不確定因素的對(duì)象。從系統(tǒng)內(nèi)部來(lái)講，描述接觸線(xiàn)的數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，我們事先并不一定能準(zhǔn)確知道。同時(shí)，跨線(xiàn)橋、隧道、飛鳥(niǎo)、烏云等外部環(huán)境以及接觸網(wǎng)定位支撐裝置都會(huì)對(duì)檢測(cè)造成影響，其中許多是不可預(yù)測(cè)的。在測(cè)量時(shí)還會(huì)產(chǎn)生照明光源延遲開(kāi)閉、多目標(biāo)出現(xiàn)、目標(biāo)斷續(xù)等不確定因素隨時(shí)進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)。所以，對(duì)接觸線(xiàn)這種特性或擾動(dòng)特性變化范圍很大，同時(shí)又要求保持高性能指標(biāo)的檢測(cè)系統(tǒng)，采取自適應(yīng)控制是合適的。(2)自適應(yīng)識(shí)

41、別根據(jù)對(duì)攝像機(jī)采集的一幀灰度圖像使用統(tǒng)一閥值還是對(duì)圖像不同區(qū)域使用不同閥值進(jìn)行預(yù)處理，可以分為全局閥值法和自適應(yīng)閥值法(也稱(chēng)為局部閥值法)。當(dāng)圖像中存在背景與目標(biāo)灰度差值不大，多目標(biāo)共存，有陰影，照度不均勻，背景灰度變化等情況時(shí)，只用一個(gè)固定的全局閥值對(duì)一幀灰度圖像進(jìn)行分割，會(huì)由于不能兼顧圖像各處的情況而影響分割效果，造成目標(biāo)誤識(shí)別或丟失目標(biāo)。自適應(yīng)閥值法是用一定數(shù)量的像素組成閥值段，對(duì)一幀灰度圖像進(jìn)行分割，然后每個(gè)閥值段分別以特定算法提取閥值進(jìn)行圖像預(yù)處理方法。自適應(yīng)閥值法相對(duì)于全局閥值法稍顯復(fù)雜，但是它能夠較好地解決全局閥值法不能很好解決的一些問(wèn)題。3.3檢測(cè)方法由上節(jié)分析可知，將自適應(yīng)控

42、制和自適應(yīng)閥值引入檢測(cè)系統(tǒng)是十分必要的。具體的算法是采用自適應(yīng)閥值法進(jìn)行灰度值圖像預(yù)處理，通過(guò)目標(biāo)的灰度值和成像寬度區(qū)分工作支接觸線(xiàn)和其它線(xiàn)索，按照透鏡成像規(guī)律來(lái)判斷目標(biāo)空間位置，依據(jù)有效目標(biāo)點(diǎn)的延續(xù)性去除干擾目標(biāo)，從而使檢測(cè)系統(tǒng)具備自適應(yīng)功能，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部和外部的情況變化，改變工作方式或硬件設(shè)備狀態(tài)，保持工況切換及時(shí)準(zhǔn)確，優(yōu)化圖像識(shí)別技術(shù)，獲得高質(zhì)量的目標(biāo)圖，最終精確高效地計(jì)算出目標(biāo)的幾何參數(shù)。檢測(cè)主要包括圖像采集、圖像預(yù)處理、獲取目標(biāo)、干擾目標(biāo)排除、目標(biāo)定位和計(jì)算幾何參數(shù)等步驟。3.3.1圖像采集安裝在車(chē)頂?shù)膬蓚€(gè)線(xiàn)陣CCD攝像機(jī)同時(shí)對(duì)接觸線(xiàn)目標(biāo)進(jìn)行掃描，各自采集灰度圖像。3.3.2圖像預(yù)處

43、理采用自適應(yīng)閥值法進(jìn)行圖像預(yù)處理，并通過(guò)兩次二值化處理方案實(shí)現(xiàn)目標(biāo)與背景的分離。其中，第一次二值化是將當(dāng)前幀圖像進(jìn)行等長(zhǎng)劃分，對(duì)當(dāng)前幀像素點(diǎn)灰度值全部進(jìn)行二值化處理，得到有效閥值段及其閥值；第二次二值化是在有效閥值段內(nèi)，將對(duì)應(yīng)的圖像再次進(jìn)行二值化處理，找出目標(biāo)區(qū)域。另外，在第一次二值化過(guò)程中，采取了固定長(zhǎng)度為F。的多閥值段劃分方法，雖然能夠較好地解決單閥值段在誤識(shí)別和丟失目標(biāo)的問(wèn)題，但常會(huì)將一個(gè)目標(biāo)劃分在多個(gè)有效閥值段內(nèi)。為避免做為多個(gè)目標(biāo)去識(shí)別，就需要對(duì)有效閥值段進(jìn)行優(yōu)化。333獲取目標(biāo)根據(jù)所識(shí)別目標(biāo)在攝像機(jī)焦平面上的起止位置，確定目標(biāo)的寬度和中心位置。實(shí)際檢測(cè)中，有時(shí)會(huì)因?yàn)檎彰鞴庠撮_(kāi)閉延時(shí)

44、、目標(biāo)圖局部出現(xiàn)斷點(diǎn)、存在無(wú)效目標(biāo)等原因，影響目標(biāo)的定位計(jì)算。所以要提高識(shí)別目標(biāo)的質(zhì)量，就應(yīng)當(dāng)在開(kāi)展獲取目標(biāo)工作步驟之前，對(duì)照明光源開(kāi)閉、斷點(diǎn)接續(xù)和多目標(biāo)識(shí)別進(jìn)行有效控制。1照明光源的自適應(yīng)控制晝間檢測(cè)通過(guò)隧道、橋梁時(shí)，由于光源開(kāi)啟延時(shí)，往往會(huì)造成檢測(cè)目標(biāo)丟失，而始終開(kāi)啟照明光源進(jìn)行檢測(cè)，則會(huì)在背景亮度較高的情況下，降低背景和目標(biāo)的灰度差值，造成目標(biāo)丟失。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)軟件方法來(lái)解決。事先根據(jù)檢測(cè)區(qū)段的隧道、橋梁等跨線(xiàn)建筑物的起止公里標(biāo)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，在即將進(jìn)入隧道、橋梁前的一定距離時(shí)(由延遲時(shí)間和列車(chē)速度確定)，通過(guò)光源控制卡自動(dòng)開(kāi)啟照明光源，逐步增加光源的照度，在進(jìn)入隧道、橋梁的瞬間，將光源

45、的照度增大到規(guī)定值。在離開(kāi)隧道、橋梁這些建筑物前一定距離，逐步降低光源的照度，在離開(kāi)隧道、橋梁的瞬間，將照明光源關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)照明光源的開(kāi)閉和光源照度的自適應(yīng)控制，確保照明光源的及時(shí)開(kāi)閉。2目標(biāo)斷點(diǎn)的自適應(yīng)接續(xù)當(dāng)目標(biāo)圖出現(xiàn)斷點(diǎn)時(shí)，接觸線(xiàn)的中心位置無(wú)法確定，但是通過(guò)事后補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)進(jìn)行斷點(diǎn)的接續(xù)，可以近似確定目標(biāo)中心位置，進(jìn)而獲得斷點(diǎn)的幾何參數(shù)。3.4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)后的接觸網(wǎng)非接觸式檢測(cè)系統(tǒng)仍由線(xiàn)陣CCD攝像機(jī)、照明光源和終端計(jì)算機(jī)處理三個(gè)子系統(tǒng)組成。檢測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)略有變化，如圖3-2所示。圖3-2 檢測(cè)系統(tǒng)架構(gòu) 上圖3集中水平布置的系統(tǒng)架構(gòu)硬件選型與原系統(tǒng)保持一致。對(duì)其中的圖像解析和光源控制兩個(gè)模塊進(jìn)

46、行了自適應(yīng)算法改進(jìn)。系統(tǒng)開(kāi)始工作后，經(jīng)過(guò)圖像采集，圖像預(yù)處理、獲取目標(biāo)以及去除干擾等步驟后，得到基于自適應(yīng)算法的目標(biāo)圖，然后通過(guò)定位計(jì)算，得到目標(biāo)的幾何參數(shù)。第4章 系統(tǒng)誤差分析在實(shí)際測(cè)量中，人們對(duì)客觀事物認(rèn)識(shí)的局限性、測(cè)量器具不準(zhǔn)確、測(cè)量手段不完善、測(cè)量環(huán)境條件變化以及測(cè)量工作中的失誤，都會(huì)使測(cè)量結(jié)果與被測(cè)真值之間存在一定差異，形成測(cè)量誤差。誤差按性質(zhì)和來(lái)源可分為系統(tǒng)誤差、偶然誤差和疏失誤差。（1）系統(tǒng)誤差由于測(cè)量?jī)x器不完善、有缺陷以及沒(méi)有按規(guī)定條件使用，試驗(yàn)理論、試驗(yàn)方法或試驗(yàn)條件不合要求，觀測(cè)者個(gè)人習(xí)慣等因素所引起的誤差。這類(lèi)誤差在一系列測(cè)量中，大小和符號(hào)不變或有固定的規(guī)律，可根據(jù)具體試

47、驗(yàn)條件、系統(tǒng)誤差特點(diǎn)，找出誤差產(chǎn)生原因，采取適當(dāng)措施，降低誤差影響。（2）隨機(jī)誤差（偶然誤差） 由一些不易控制的因素引起，如測(cè)量值的波動(dòng)、試驗(yàn)人員熟練程度、感官誤差及外界條件的變動(dòng)等一系列問(wèn)題。這類(lèi)誤差在一系列測(cè)量中的數(shù)值和符號(hào)是不確定的，而且是無(wú)法消除的，統(tǒng)計(jì)特性大多服從正態(tài)分布。隨著測(cè)量次數(shù)的增加，隨機(jī)誤差平均值愈來(lái)愈小。因此，通常采用增加測(cè)量次數(shù)的方法來(lái)減小此類(lèi)誤差的影響。（3）疏失誤差（過(guò)失誤差）主要是由試驗(yàn)人員粗心大意，如讀數(shù)錯(cuò)誤或操作失誤所致，這類(lèi)誤差往往與正常值相差很大，也明顯地超過(guò)正常條件下的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。這類(lèi)誤差可通過(guò)提高檢測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化控制程度，減少人工參與的方法予以消

48、除。由于系統(tǒng)誤差具有一定的規(guī)律性，可以預(yù)測(cè)并加以控制，所以下面重點(diǎn)針對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行分析。在誤差理論中用準(zhǔn)確度來(lái)表示系統(tǒng)誤差大小的程度。測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度是指測(cè)量結(jié)果與被測(cè)真值以相接近的程度。準(zhǔn)確度的高低用誤差來(lái)衡量。誤差可分為絕對(duì)誤差包和相對(duì)誤差巨兩種，分別表示為被測(cè)真值4是一個(gè)理想的概念，在實(shí)際中測(cè)量過(guò)程中，由于受到各種主觀及客觀因素的影響，真值往往不可能準(zhǔn)確獲知。因此，通常采用約定真值戤替代真值進(jìn)行誤差的計(jì)算，則(4-1)和(42)式演變?yōu)橄鄬?duì)誤差分別表有在實(shí)際接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)過(guò)程中，系統(tǒng)的測(cè)量誤差由靜態(tài)誤差和振動(dòng)誤差合成。靜態(tài)誤差是在車(chē)體中心線(xiàn)與線(xiàn)路中心一致的情況下，由于對(duì)拉出值和高度作

49、間接測(cè)量引入的運(yùn)算誤差和設(shè)備誤差，從引起靜態(tài)誤差的角度上看，影響檢測(cè)數(shù)據(jù)有效性的主要因素有以下兩個(gè)方面：第一，測(cè)量過(guò)程中采樣點(diǎn)位置相異；第二，攝像機(jī)在測(cè)量過(guò)程中，其工作背景造成的影響。震動(dòng)誤差是在運(yùn)動(dòng)中測(cè)量時(shí)，由于振動(dòng)使車(chē)體中心線(xiàn)偏離線(xiàn)路中心造成的，是隨機(jī)誤差。41兩攝像機(jī)采樣點(diǎn)位置相異引起的誤差列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)，輸入數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)中供運(yùn)算的圖像數(shù)據(jù)，可能不是接觸線(xiàn)同一位置點(diǎn)的圖像信息，而是相距一定距離的不同點(diǎn)圖像信息。如圖41所示，攝像機(jī)C，將采樣點(diǎn)A的數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，而攝像機(jī)C，則將B點(diǎn)的圖像數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，A、B兩點(diǎn)在攝像機(jī)中的成像特征會(huì)發(fā)生一些改變，此時(shí)，應(yīng)用A、B映象目

50、標(biāo)參數(shù)，進(jìn)行接觸線(xiàn)幾何參數(shù)檢測(cè)，不可避免的會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。(a)接觸線(xiàn)高度誤差分析圖 (b)接觸線(xiàn)拉出值誤差分析圖圖4-1采樣點(diǎn)位置相異引起誤著分析圖受接觸線(xiàn)實(shí)際布局的影響，當(dāng)兩攝像機(jī)采樣點(diǎn)之間的位置差較大時(shí)，攝像機(jī)C，在B點(diǎn)采樣時(shí)所得到的圖像數(shù)據(jù)，與攝像機(jī)C，在A點(diǎn)采樣時(shí)所得到的圖像數(shù)據(jù)相比，接觸線(xiàn)目標(biāo)點(diǎn)在攝像機(jī)中成像的起始位置和圖像寬度均會(huì)發(fā)生一些變化。設(shè)攝像機(jī)C，目標(biāo)對(duì)象在圖像數(shù)據(jù)中成像位置的偏移量為血，像素寬度的變化量為w，式(27)中的：將會(huì)發(fā)生改變：接觸線(xiàn)拉出值為：接觸線(xiàn)高度： 接觸線(xiàn)拉出值的變化量：接觸線(xiàn)高度的變化量：42 COD攝像機(jī)工作環(huán)境的影響及分析在進(jìn)行接觸線(xiàn)幾何參數(shù)檢測(cè)

51、時(shí)，由于攝像機(jī)視場(chǎng)中可能包含整個(gè)接觸懸掛的各種部件，所以接觸網(wǎng)系統(tǒng)中的吊弦、承力索、腕臂、中心錨節(jié)、定位管、定位器、軟硬橫跨和橋梁的上部結(jié)構(gòu)等成了檢測(cè)系統(tǒng)的干擾目標(biāo)，從而給整個(gè)檢測(cè)工作帶來(lái)了很大的干擾，并且在定程度上還降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了有效地保留檢測(cè)目標(biāo)的信號(hào)，有必要分析接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及其各成像部件的特征。吊弦縱向安裝，對(duì)目標(biāo)成像影響小，承力索與接觸線(xiàn)布局形式相似，是識(shí)別接觸線(xiàn)目標(biāo)的主要干擾因素。承力索表面比較污濁，底面呈柱狀弧形，對(duì)光的反射性較弱，所以承力索目標(biāo)成像寬度小且邊緣過(guò)度平滑；列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中，由于接觸線(xiàn)與受電弓摩擦作用，磨耗面光亮，發(fā)射性能較其它物體高很多，并且磨耗面邊緣幾何

52、過(guò)度陡峭，在攝像機(jī)中成像信號(hào)電平較高，所以接觸線(xiàn)目標(biāo)成像邊緣明顯，斜率大。從尺寸來(lái)看，接觸線(xiàn)最大寬度相對(duì)背景中的腕臂、軟硬橫跨、橋梁上部結(jié)構(gòu)等幾何尺寸較大的干擾目標(biāo)來(lái)說(shuō)都比較小，只有承力索以接觸線(xiàn)相近，但承力索在接觸線(xiàn)上方，離攝像機(jī)較遠(yuǎn)，由幾何光學(xué)可知，照度與距離成反比，所以目標(biāo)圖像信號(hào)幅度比較平滑。在接觸網(wǎng)系統(tǒng)的支持部分，能成像的主要有腕臂、定位器、定位管以及軟硬橫跨，但由于它們大都垂直軌道方向，在接觸線(xiàn)方向只是零星出項(xiàng)，對(duì)光的反射性能差，并且成像很寬，所以對(duì)接觸線(xiàn)目標(biāo)的識(shí)別和跟蹤可以忽略。對(duì)錨段關(guān)節(jié)處的目標(biāo)識(shí)別，三跨段關(guān)節(jié)處，影響的干擾目標(biāo)除有工作支承力索外，還有非工作支接觸線(xiàn)以及承力索；

53、對(duì)于四錨段關(guān)節(jié)還有電分段，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，但成像分析與三跨段類(lèi)似。在線(xiàn)岔的情況和錨段關(guān)節(jié)處的檢測(cè)也很相近，都可利用工作支和非工作支的區(qū)別來(lái)進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別和跟蹤。若檢測(cè)系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)恰好位于錨段關(guān)節(jié)處，則成像就可能有工作支和非工作支，在接觸懸掛的部件中，工作支接觸線(xiàn)離攝像機(jī)最近，在錨段關(guān)節(jié)工作和非工作支交換前一定范圍外，可較容易利用獲得的目標(biāo)信息判斷出接觸線(xiàn)的位置。在接觸線(xiàn)工作支和非工作支轉(zhuǎn)換處，由于工作支和非工作支平行且高度相近，無(wú)法判斷目標(biāo)接觸線(xiàn)，這時(shí)可進(jìn)行錨段關(guān)節(jié)處的雙線(xiàn)檢測(cè)，即認(rèn)為兩根接觸線(xiàn)目標(biāo)都有效。43機(jī)車(chē)振動(dòng)的影響及分析431車(chē)輛運(yùn)行振動(dòng)分析運(yùn)行中的列車(chē)車(chē)輛是具有彈簧懸掛裝置的多自由度的振動(dòng)系統(tǒng)，在實(shí)際線(xiàn)路上運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的振動(dòng)現(xiàn)象，但振動(dòng)理論的研究和實(shí)踐表明，這種復(fù)雜的振動(dòng)是若干基本形式振動(dòng)的組合結(jié)果。車(chē)體的振動(dòng)形式有：沉浮振動(dòng)、橫擺振動(dòng)、伸縮振動(dòng)、搖頭振動(dòng)、仰伏振動(dòng)、側(cè)滾振動(dòng)等。安裝在機(jī)車(chē)頂部的檢測(cè)裝置，在正常檢測(cè)過(guò)程中會(huì)隨車(chē)體一起振動(dòng)，故而收集到的檢測(cè)數(shù)據(jù)受到了車(chē)輛振動(dòng)的影響。車(chē)輛振動(dòng)是一個(gè)非常復(fù)雜的課題，同一輛車(chē)，不同的線(xiàn)路等級(jí)和線(xiàn)路狀態(tài)，振動(dòng)情況不同：同一車(chē)輛、同一線(xiàn)路，不同的運(yùn)動(dòng)速度，振動(dòng)也不一樣；不同的車(chē)輛情況也不同。所以，車(chē)輛振動(dòng)是一個(gè)