接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用畢業(yè)論文

1、. . . .畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作業(yè)本網(wǎng)站名稱專門年級(jí)設(shè)計(jì)（或論文）題目：懸鏈線動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用2011 年 11完成日期：具體要求：電氣化鐵路以其運(yùn)力強(qiáng)、運(yùn)營(yíng)成本低、能耗低、環(huán)境污染少等優(yōu)勢(shì)受到世界各國(guó)的廣泛重視，成為當(dāng)今鐵路的發(fā)展方向。接觸網(wǎng)作為電氣化鐵路的重要組成部分，其狀態(tài)直接影響電氣化鐵路的運(yùn)行安全。因此，通過(guò)對(duì)接觸網(wǎng)狀態(tài)的檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題，對(duì)電氣化鐵路的安全運(yùn)營(yíng)非常重要。同時(shí)，為不斷積累設(shè)計(jì)、施工、維修經(jīng)驗(yàn)，提高維修效率，節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本，不斷提高接觸網(wǎng)水平成為電氣化鐵路快速發(fā)展的必然要求和重要保障。檢測(cè)技術(shù)。20世紀(jì)末，接觸網(wǎng)接觸檢測(cè)技術(shù)越來(lái)越成熟，在國(guó)外得到廣泛應(yīng)用。

2、但由于技術(shù)復(fù)雜、成本高、存在一定的安全隱患，極大地限制了該檢測(cè)技術(shù)的推廣推廣和檢測(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)備安裝在車輛上，與高壓設(shè)備完全脫離，使技術(shù)和設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，安全性能大大提高，成本大大降低。學(xué)生要完成的任務(wù)本文研究了當(dāng)前基于圖像處理的非接觸式檢測(cè)系統(tǒng)在高速檢測(cè)情況下圖像預(yù)處理和目標(biāo)識(shí)別計(jì)算中存在的主要問題，并采用自適應(yīng)閾值法和自適應(yīng)控制技術(shù)。進(jìn)行研究。提升。它主要將攝像頭采集到的圖像分割成多閾值段，采用自適應(yīng)閾值和兩種二值化處理方法對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，然后利用跟蹤識(shí)別技術(shù)消除干擾目標(biāo)，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)獲取效率顯著提高。此外，系統(tǒng)還優(yōu)化了

3、車輛物品檢測(cè)設(shè)備的設(shè)置，針對(duì)閾值段的優(yōu)化劃分、多目標(biāo)識(shí)別、光源開閉控制、斷點(diǎn)連接等問題提出改進(jìn)思路。參考1 唐龍.高速鐵路接觸網(wǎng)檢測(cè)若干關(guān)鍵技術(shù)研究J.西南交通大學(xué)博士論文, 20062 金珠 2003年68個(gè)國(guó)家和地區(qū)電氣化里程和電氣化率。世界軌道交通，2004(6)33 于萬(wàn)菊。高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)。 : 西南交通大學(xué), 20024 于萬(wàn)菊接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)和測(cè)試原則。 : 中國(guó)鐵路, 19935 中華人民共和國(guó)鐵道部。中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃，2004.16 吳繼勤、董兆德等.鐵道部客運(yùn)專線接觸網(wǎng)培訓(xùn)教材。 : 西南交通大學(xué), 20077 道君，陶。接觸網(wǎng)運(yùn)行的檢修和管理。 : 中國(guó)鐵路, 20068

4、陶.對(duì)聯(lián)絡(luò)網(wǎng)狀態(tài)修復(fù)工作的思考。鐵路機(jī)車車輛, 2004(2)9 朱德生德國(guó)接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)。電氣化鐵路, 2004(3)lO 非常好。德國(guó)接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸壓力檢測(cè)與缺陷判別技術(shù)分析J.鐵路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2005(8)11 唐龍.懸鏈線檢測(cè)車振動(dòng)補(bǔ)償研究J.西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1999（212 于正平，洪，吳洪標(biāo)，長(zhǎng)越。高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)研究J.中國(guó)鐵道科學(xué), 1999.20(1)13 蔡學(xué)景唐龍牛大鵬基于OnuriS線陣CCD相機(jī)技術(shù)的高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)軌道交通, 2007(5)導(dǎo)師：年月日批準(zhǔn)人：年月日導(dǎo)師： 職稱：年月日繼續(xù)教育學(xué)院印章畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明及使用

5、說(shuō)明授權(quán)書原創(chuàng)性聲明我再次承諾：我提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是我在導(dǎo)師指導(dǎo)下開展的研究工作和成果。據(jù)我所知，除文中特別注明和注明外，它不包含已發(fā)表或由其他人或組織發(fā)表的研究成果，也不包含我為獲得學(xué)位而使用的材料或 其他 教育 機(jī)構(gòu) 的 資格 .對(duì)本研究提供幫助和貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體已在文中明確表達(dá)并表達(dá)了他們的意圖。作者簽名： 日期：講師簽名： 日期：使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解學(xué)校對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的收集、保存和使用的規(guī)定，即：按學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷版和電子版；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷版和電子版。編輯，并提供目錄檢索和閱讀服務(wù)；學(xué)校可使用影印、小型化、數(shù)碼或其他復(fù)制方式保存文件；

6、在不盈利的前提下，學(xué)校可以發(fā)表論文的部分或全部?jī)?nèi)容。作者簽名： 日期：論文原創(chuàng)性聲明本人特此聲明，提交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下自主研究取得的研究成果。除文中特別標(biāo)注和引用的內(nèi)容外，本文不包含任何其他個(gè)人或集體發(fā)表的或書面的作品。對(duì)本文研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和團(tuán)體已在正文中明確標(biāo)出。我深知本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：日期： YYMMDD論文使用授權(quán)書本論文作者充分了解學(xué)校對(duì)學(xué)位論文保存和使用的規(guī)定，同意學(xué)校保留并將學(xué)位論文的復(fù)印件和電子版發(fā)給國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)，并內(nèi)容查閱和借閱。 .本人授權(quán)學(xué)校將本論文全部或部分編入相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并以影印、微型化或掃描等方式保存和編纂本論文。機(jī)密

7、文件按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： YYMMDD導(dǎo)師簽名： 日期： YYMMDD教師復(fù)習(xí)書導(dǎo)師評(píng)價(jià)：1.寫作（設(shè)計(jì)）過(guò)程1. 論文（設(shè)計(jì)）過(guò)程中學(xué)生的學(xué)術(shù)態(tài)度和工作精神優(yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格2. 學(xué)生獲得專業(yè)知識(shí)和技能的程度優(yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格3. 學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專業(yè)技能分析和解決問題的能力優(yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格4.研究方法的科學(xué)性；技術(shù)電路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性優(yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格5.畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）完成期間的出勤情況優(yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格2.論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1.論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合寫作規(guī)則？?jī)?yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格2

8、、你是否完成了分配的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂和附件）？?jī)?yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格3.論文（設(shè)計(jì)）級(jí)別1.論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或解決實(shí)際問題的指導(dǎo)意義優(yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格2.論文的概念是否創(chuàng)新？設(shè)計(jì)有創(chuàng)意嗎？?jī)?yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格3.論文整體水平（設(shè)計(jì)規(guī)范）優(yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格建議等級(jí)： 優(yōu)秀好一般不及格（在所選級(jí)別前畫“”）導(dǎo)師：（簽字）單位：（印章）年月日.審查教師的復(fù)習(xí)書查看教師評(píng)價(jià)：1.論文質(zhì)量（設(shè)計(jì)）1.論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合寫作規(guī)則？?jī)?yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格2、你是否完成了分配的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂和附件）？?jī)?yōu)秀 良好 一般 通

9、過(guò) 不及格2.論文（設(shè)計(jì)）級(jí)別1.論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或解決實(shí)際問題的指導(dǎo)意義優(yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格2.論文的概念是否創(chuàng)新？設(shè)計(jì)有創(chuàng)意嗎？?jī)?yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格3.論文整體水平（設(shè)計(jì)規(guī)范）優(yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格建議等級(jí)： 優(yōu)秀好一般不及格（在所選級(jí)別前畫“”）審核老師：（簽字）單位：（蓋章）年月日.教研室（或答辯組）、教研室意見教研室（或答辯組）評(píng)價(jià)：1. 辯護(hù)過(guò)程1.畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本觀點(diǎn)和見解的描述優(yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格2.答辯題的回答、理解和表達(dá)優(yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格三、答辯時(shí)學(xué)生的心理狀態(tài)優(yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格2.論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1

10、.論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合寫作規(guī)則？?jī)?yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格2、你是否完成了分配的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂和附件）？?jī)?yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格3.論文（設(shè)計(jì)）級(jí)別1.論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或解決實(shí)際問題的指導(dǎo)意義優(yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格2.論文的概念是否創(chuàng)新？設(shè)計(jì)有創(chuàng)意嗎？?jī)?yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格3.論文整體水平（設(shè)計(jì)規(guī)范）優(yōu)秀 良好 一般 通過(guò) 不及格評(píng)分： 優(yōu)秀好一般不及格_（在所選級(jí)別前畫“”）教研室主任（或答辯組長(zhǎng)）：（簽字）年月日教學(xué)部點(diǎn)評(píng)：系主任：（簽名）年月日摘要電氣化鐵路以其運(yùn)力強(qiáng)、運(yùn)營(yíng)成本低、能耗低、環(huán)境污染少等優(yōu)勢(shì)受到世界各國(guó)的廣泛重視，成為當(dāng)

11、今鐵路的發(fā)展方向。接觸網(wǎng)作為電氣化鐵路的重要組成部分，其狀態(tài)直接影響電氣化鐵路的運(yùn)行安全。因此，通過(guò)對(duì)接觸網(wǎng)狀態(tài)的檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題，對(duì)電氣化鐵路的安全運(yùn)營(yíng)非常重要。同時(shí)，為不斷積累設(shè)計(jì)、施工、維修經(jīng)驗(yàn)，提高維修效率，節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本，不斷提高接觸網(wǎng)水平成為電氣化鐵路快速發(fā)展的必然要求和重要保障。檢測(cè)技術(shù)。20世紀(jì)末，接觸網(wǎng)接觸檢測(cè)技術(shù)越來(lái)越成熟，在國(guó)外得到廣泛應(yīng)用。但由于技術(shù)復(fù)雜、成本高、存在一定的安全隱患，極大地限制了該檢測(cè)技術(shù)的推廣推廣和檢測(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)備安裝在車輛上，與高壓設(shè)備完全脫離，使技術(shù)和設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，安全性能大大提高，成本大大降低。本文研究了當(dāng)

12、前基于圖像處理的非接觸式檢測(cè)系統(tǒng)在高速檢測(cè)情況下圖像預(yù)處理和目標(biāo)識(shí)別計(jì)算中存在的主要問題，并采用自適應(yīng)閾值法和自適應(yīng)控制技術(shù)。進(jìn)行研究。提升。它主要將攝像頭采集到的圖像分割成多閾值段，采用自適應(yīng)閾值和兩種二值化處理方法對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，然后利用跟蹤識(shí)別技術(shù)消除干擾目標(biāo)，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)獲取效率顯著提高。此外，系統(tǒng)還優(yōu)化了車輛物品檢測(cè)設(shè)備的設(shè)置，針對(duì)閾值段的優(yōu)化劃分、多目標(biāo)識(shí)別、光源開閉控制、斷點(diǎn)連接等問題提出改進(jìn)思路。關(guān)鍵詞：懸鏈線；非接觸式檢測(cè)；圖像處理;自適應(yīng)算法摘 要電氣化鐵路因其運(yùn)輸能力強(qiáng)、運(yùn)營(yíng)成本低、能源消耗和環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)，受到世界各國(guó)普遍重視，

13、已成為當(dāng)今鐵路發(fā)展的重點(diǎn)。接觸網(wǎng)電氣化作為鐵路電氣化狀態(tài)的重要組成部分，其優(yōu)劣直接影響電氣化鐵路的安全運(yùn)行，因此通過(guò)檢測(cè)接觸網(wǎng)狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)犯罪問題，對(duì)于電氣化鐵路的安全運(yùn)行至關(guān)重要。同時(shí)，為不斷積累設(shè)計(jì)、施工和維修經(jīng)驗(yàn)，提高維修效率，節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本，使得不斷提高接觸網(wǎng)電氣化鐵路檢測(cè)水平成為快速發(fā)展的必然要求和重要的保證。二十世紀(jì)末，接觸網(wǎng)接觸式檢測(cè)技術(shù)日趨成熟，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。但是，由于技術(shù)復(fù)雜、成本高以及存在一定的安全隱患等因素，極大地制約了這種檢測(cè)技術(shù)的推廣和檢測(cè)精度的進(jìn)一步提高。非接觸式檢測(cè)技術(shù)是對(duì)安裝在車內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，與高壓設(shè)備完全脫離接觸，使技術(shù)和設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，安全性能大大

14、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、非接觸式檢測(cè)系統(tǒng)的圖像預(yù)處理和目標(biāo)識(shí)別方面的問題，在高速檢測(cè)的情況下研究使用自適應(yīng)閾值方法及其自適應(yīng)控制的主要問題主要針對(duì)多攝像頭圖像采集閾值分段，采用自適應(yīng)二值化閾值和圖像預(yù)處理兩種處理方法，然后利用跟蹤技術(shù)將干擾目標(biāo)識(shí)別排除最終目標(biāo)的有效幾何技術(shù)參數(shù)、目標(biāo)鑒定、質(zhì)量和技術(shù)參數(shù)的效率明顯提高。此外，系統(tǒng)還針對(duì)最優(yōu)分類閾值分段、多目標(biāo)識(shí)別、照明開閉控制、斷點(diǎn)續(xù)行問題、改進(jìn)思路建議等優(yōu)化了汽車測(cè)試設(shè)備設(shè)置項(xiàng)。關(guān)鍵詞：懸鏈線；非接觸式檢測(cè)；圖像處理;自適應(yīng)算法.第一章 簡(jiǎn)介1.1 簡(jiǎn)介1879年5月31日，在德國(guó)柏林舉辦的世博會(huì)上，德國(guó)西門子和哈爾

15、斯克展出了世界上第一條電氣化鐵路。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、鐵路交通的增長(zhǎng)和對(duì)能源利用的重視，電氣化鐵路具有運(yùn)輸能力強(qiáng)、運(yùn)營(yíng)成本低、能源消耗少、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)，受到世界各國(guó)的青睞。世界。一些工業(yè)化國(guó)家大規(guī)模的電氣化鐵路建設(shè)，使其從一些大城市的工礦線和郊區(qū)線迅速發(fā)展到城際和繁忙的鐵路線。 1970年代末，歐洲國(guó)家、日本等主要鐵路線已實(shí)現(xiàn)電氣化。到2003年底，世界電氣化鐵路里程達(dá)到26.4我國(guó)第一條電氣化鐵路寶城線至豐州段于1958年6月建成，1958年6月竣工，1961年8月15日拉開了我國(guó)電氣化鐵路建設(shè)的序幕。雖然起步較晚，但經(jīng)過(guò)50年的快速發(fā)展，已成為世界上最大的電氣化鐵路強(qiáng)國(guó)之一。 2006

16、年9月，我國(guó)電氣化鐵路總里程超過(guò)2.0 4萬(wàn)公里%，成為僅次于俄羅斯的世界第二大電氣化鐵路國(guó)家，鐵路電氣化率達(dá)到27%。預(yù)計(jì)到懸鏈線檢測(cè)是利用技術(shù)手段對(duì)懸鏈線參數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)，根據(jù)懸鏈線設(shè)備的可測(cè)量和外部可識(shí)別的特性對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。在高速鐵路的建設(shè)和發(fā)展中，電氣化鐵路以其顯著的優(yōu)勢(shì)被許多國(guó)家視為大力研發(fā)的目標(biāo)，這使得接觸網(wǎng)設(shè)備的檢測(cè)，尤其是動(dòng)態(tài)檢測(cè)越來(lái)越多。重要的。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（一）高速電氣化鐵路的建設(shè)和發(fā)展需要不斷積累經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)不同工況、不同項(xiàng)目的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，驗(yàn)證預(yù)期效果，找出設(shè)備運(yùn)行規(guī)律，為今后不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)提供依據(jù)。(2)作為電氣化鐵路的大動(dòng)脈，接觸網(wǎng)

17、的質(zhì)量直接關(guān)系到電力機(jī)車的運(yùn)行安全。由于接觸網(wǎng)設(shè)備露天布置，無(wú)后備，工作環(huán)境惡劣，如不加強(qiáng)設(shè)備檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)整治設(shè)備隱患，將危及交通安全和嚴(yán)重干擾交通秩序。(3) 基于接觸網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的狀態(tài)檢修是一種先進(jìn)、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的檢修體系。合理安排巡檢周期，及時(shí)獲取設(shè)備狀態(tài)；通過(guò)對(duì)檢查結(jié)果的分析判斷，制定維修計(jì)劃和維修計(jì)劃；通過(guò)增強(qiáng)維修的針對(duì)性，節(jié)省維修時(shí)間和維修成本，提高人員利用率；檢查以檢查維護(hù)質(zhì)量并獲得設(shè)備的新狀態(tài)。其中，檢測(cè)環(huán)節(jié)在狀態(tài)檢修的實(shí)施中起著舉足輕重的作用，直接關(guān)系到狀態(tài)檢修的有效性。(4)在動(dòng)態(tài)條件下，通過(guò)模擬受電弓的運(yùn)行環(huán)境來(lái)檢測(cè)接觸網(wǎng)技術(shù)參數(shù)是最接近實(shí)際運(yùn)行條件的檢測(cè)方法?？梢园l(fā)現(xiàn)

18、靜態(tài)檢測(cè)無(wú)法發(fā)現(xiàn)的設(shè)備問題，提高對(duì)設(shè)備運(yùn)行規(guī)律的理解，積累管理經(jīng)驗(yàn)。(5)接觸網(wǎng)設(shè)備的動(dòng)態(tài)檢測(cè)效率很高。手動(dòng)檢測(cè)設(shè)備需要幾個(gè)小時(shí)，十公里而動(dòng)態(tài)檢測(cè)可以在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)檢測(cè)到數(shù)百甚至數(shù)千公里。檢測(cè)結(jié)果可由計(jì)算機(jī)輔助，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。工作效率顯著提高。1.2 國(guó)外接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀為適應(yīng)電氣化鐵路發(fā)展的需要，優(yōu)化了接觸網(wǎng)和受電弓的結(jié)構(gòu)形式，檢查了接觸網(wǎng)的建設(shè)和維護(hù)質(zhì)量。德國(guó)、法國(guó)、日本、前同盟等依賴電力牽引的國(guó)家無(wú)一例外地在發(fā)展。在鐵路電氣化的同時(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)根據(jù)檢測(cè)設(shè)備（傳感器）是否與（近）接觸網(wǎng)設(shè)備接觸可分為接觸式檢測(cè)和非接觸式檢測(cè)。接觸網(wǎng)的檢測(cè)能力主要包括off

19、set（接觸線偏離受電弓中心的位置）、height（接觸線到軌面的距離）、hard point（對(duì)受電弓的影響）和offline（受電弓的機(jī)械分離）。由于檢測(cè)方式的不同，檢測(cè)能力也有其側(cè)重點(diǎn)。1.2.1接觸動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)目前，世界上有許多國(guó)家采用接觸檢測(cè)方法進(jìn)行接觸網(wǎng)檢測(cè)。德國(guó)、日本、法國(guó)和瑞士等國(guó)家都開發(fā)了自己的檢測(cè)系統(tǒng)，重點(diǎn)檢測(cè)受電弓-接觸網(wǎng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。其中最具代表性的就是德國(guó)的接觸網(wǎng)檢測(cè)裝置。德國(guó)研制的懸鏈線檢測(cè)裝置如圖所示。它通過(guò)在受電弓上安裝壓力傳感器和加速度傳感器來(lái)測(cè)試受電弓接觸壓力、沖擊加速度（硬點(diǎn)）和離線等動(dòng)態(tài)參數(shù)，并根據(jù)受電弓接觸壓力在受電弓上的分布計(jì)算張力。接觸線的高度由受電

20、弓架轉(zhuǎn)軸的角位移計(jì)算得出。我國(guó)目前主流的接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置也屬于這種方法，它是以日本技術(shù)為基礎(chǔ)，后來(lái)參照德國(guó)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的。 1962年，鐵道部科學(xué)研究所配備了第一臺(tái)接觸網(wǎng)檢測(cè)車，只能檢測(cè)鋼絲高度和受電弓與接觸網(wǎng)之間的大線。 1980年研制出滿足作業(yè)的懸鏈線檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)脫線、偏移、高度等主要項(xiàng)目的檢測(cè)。 80km/h1998年12月，西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院研制成功了接觸網(wǎng)檢查車（如圖），基本滿足160km/h了準(zhǔn)高速鐵路接觸網(wǎng)檢查的需要。車頂裝有受電弓，受電弓滑板裝有各種傳感器，可檢測(cè)接觸壓力、加速度、拉出值。后來(lái)取消了受電弓上的拉出值傳感器，根據(jù)受電弓上的受電弓-鏈接觸壓力分布計(jì)算拉

21、出值，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)技術(shù)的重大突破。a) 德國(guó)接觸網(wǎng)檢測(cè)裝置 b) 國(guó)產(chǎn)JJC-1型接觸網(wǎng)檢測(cè)裝置圖 1-1 典型的接觸式接觸網(wǎng)測(cè)量裝置圖 1-1 典型接觸式接觸網(wǎng)測(cè)量裝置接觸式檢測(cè)系統(tǒng)具有良好的實(shí)時(shí)性，可以同時(shí)測(cè)試接觸線的幾何參數(shù)和弓網(wǎng)接觸的動(dòng)態(tài)參數(shù)：試驗(yàn)得到的受電弓-懸鏈線接觸壓力可以詳細(xì)描述船首和懸鏈線。網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)過(guò)程更能反映聯(lián)絡(luò)線的當(dāng)前接收特性。但也存在一些問題，如放大器的溫度漂移，高壓側(cè)微弱的感應(yīng)信號(hào)被溫度放大，動(dòng)態(tài)測(cè)試參數(shù)的誤差較大：因?yàn)閭鞲衅靼惭b在受電弓，增加了滑板的附加質(zhì)量。 ，系統(tǒng)安全性降低，同樣的問題。受電弓和接觸網(wǎng)的離線接觸和滑動(dòng)增加，電磁干擾嚴(yán)重，檢測(cè)精度受到很大影

22、響；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)困難，需要高低壓隔離設(shè)備，成本高。1.2.2非接觸式動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)目前，世界上開展非接觸式檢測(cè)研究和實(shí)踐的德國(guó)、意大利、日本、奧地利等國(guó)家重點(diǎn)對(duì)懸鏈線的幾何參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。其中最具代表性的是德國(guó)基于圖像處理的懸鏈線檢測(cè)裝置。德國(guó)BB公司于1982年開始研制接觸網(wǎng)的非接觸式檢測(cè)裝置，主要采用伺服跟蹤和圖像處理技術(shù)。屋頂線陣上布置4個(gè)CCD（Charged Coupled Device）攝像頭和3個(gè)聚光燈，通過(guò)伺服跟蹤運(yùn)動(dòng)在CCD攝像頭中成像接觸線，然后通過(guò)實(shí)測(cè)計(jì)算接觸線高度和拉出值。時(shí)間圖像處理。1996年改進(jìn)后，實(shí)現(xiàn)了全天候探測(cè)。 2000 年，使用高分辨率相機(jī)實(shí)施了接觸線磨

23、損測(cè)量。檢測(cè)裝置如圖1-2所示。圖1-2 德威非接觸接觸網(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)的基礎(chǔ)上開發(fā)的。接觸線的動(dòng)態(tài)圖像由安裝在屋頂?shù)膬膳_(tái)線陣CCD高速攝像機(jī)拍攝，通過(guò)圖像采集設(shè)備轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)圖像處理等方法分析計(jì)算接觸線的空間位置。作為二值化和模式識(shí)別。 ，最后得到接觸線的高度和拉出值。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；檢測(cè)裝置置于車輛車頂，安裝調(diào)試方便，遠(yuǎn)離電磁干擾，檢測(cè)精度高：有無(wú)受電弓均可檢測(cè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低低，除電力機(jī)車外，還可安裝在燃?xì)鈾C(jī)車及各種鐵路養(yǎng)護(hù)車輛上進(jìn)行設(shè)備檢測(cè)工作，應(yīng)用前景廣闊。但由于目標(biāo)識(shí)別的準(zhǔn)確率和技術(shù)參數(shù)獲取的效

24、率不能很好地適應(yīng)高速檢測(cè)，目前還沒有得到推廣和推廣。第二章接觸網(wǎng)非接觸檢測(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)非接觸檢測(cè)系統(tǒng)是一種基于視覺技術(shù)的檢測(cè)系統(tǒng)，包括模糊圖像識(shí)別和圖像處理。它主要包括三個(gè)子系統(tǒng)：線陣CCD相機(jī)、光源和終端計(jì)算機(jī)處理。檢測(cè)體積涵蓋了懸鏈線的基本幾何參數(shù)。系統(tǒng)配備功能強(qiáng)大的軟件包，可根據(jù)不同需求對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，自動(dòng)生成分析報(bào)告，為設(shè)備維修工作提供可靠、詳細(xì)的技術(shù)數(shù)據(jù)。2.1.1線掃描COD相機(jī)線陣CCD相機(jī)主要對(duì)接觸線進(jìn)行線掃描成像和簡(jiǎn)單的信號(hào)處理，并將處理結(jié)果通過(guò)USB高速接口致到終端計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。1. COD圖像傳感器CCD又稱光電耦合器，是一種以電

25、荷為信號(hào)載體的微型圖像傳感器。自 1970 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)的飛速發(fā)展，像素集成度、分辨率、幾何精度和靈敏度都有了很大的提高，工作頻率范圍顯著增加，非常適合高速拍攝移動(dòng)物體。 .由于其光譜響應(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、電壓低、功耗低、抗沖擊、抗振動(dòng)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、堅(jiān)固耐用、壽命長(zhǎng)，具有圖像失真小、無(wú)殘像、可長(zhǎng)期在惡劣環(huán)境下工作、易于進(jìn)行數(shù)字處理及與計(jì)算機(jī)連接等諸多優(yōu)點(diǎn)。已廣泛應(yīng)用于圖像采集、非接觸式測(cè)量和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，已成為現(xiàn)代光電和檢測(cè)技術(shù)。世界上最活躍、最富有成果的研究領(lǐng)域之一。線陣CCD圖像傳感器如圖2-1所示。它由線性排列的

26、感光元件、傳輸門、移位寄存器和一些輔助輸入輸出電路組成。具有光電轉(zhuǎn)換、電荷存儲(chǔ)、電荷轉(zhuǎn)移、信號(hào)讀出等功能。 .通過(guò)感知照射在其上的光的強(qiáng)度和顏色，將空間分布的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為時(shí)間順序分布的視頻電壓信號(hào)。其工作流程如下：(1)光電轉(zhuǎn)換 當(dāng)目標(biāo)圖像通過(guò)光學(xué)物鏡在CCD傳感器的感光面上成像時(shí)，感光元件將入射光量子按比例轉(zhuǎn)化為光生電荷。這個(gè)時(shí)期稱為光積分期，也稱為曝光期。(2) 電荷在光積分期內(nèi)儲(chǔ)存，光敏元件下方的勢(shì)阱收集并儲(chǔ)存這些光生電荷，形成電荷包，將拍攝場(chǎng)景圖像的亮度分布轉(zhuǎn)化為電荷分布在感光區(qū)域下方。(3) 電荷轉(zhuǎn)移 光積分完成后，打開轉(zhuǎn)移門，勢(shì)阱中的電荷包通過(guò)轉(zhuǎn)移脈沖轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的移位寄存器。(4

27、) 信號(hào)輸出 在移位脈沖的作用下，移位寄存器中的電荷包依次被移出，進(jìn)入相應(yīng)的放大電路。每個(gè)光生電荷依次轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號(hào)，再通過(guò)合成電路得到視頻信號(hào)。輸出信號(hào)可以連接到示波器、圖像顯示器或其他信號(hào)存儲(chǔ)和處理設(shè)備，用于信號(hào)再現(xiàn)或存儲(chǔ)處理。a) CCD芯片結(jié)構(gòu)示意圖 b) 部分圖2-1 線陣CCD芯片及其結(jié)構(gòu)示意圖2.線掃描相機(jī)與其他類型的傳感器相機(jī)相比，線傳感器相機(jī)具有更高的分辨率和更好的實(shí)時(shí)輸出特性。高速線陣相機(jī)掃描一次，掃描結(jié)果可立即輸出為視頻。易于進(jìn)行連續(xù)處理，非常適用于測(cè)量圖像信息的快速采樣、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理。此外，由于線陣CCD具有較高的測(cè)量精度和掃描頻率，對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的物體也可以獲得高分

28、辨率的圖像，因此在高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)中受到青睞。本研究使用的系統(tǒng)為德國(guó)FEITH公司生產(chǎn)的線陣相機(jī)Onuris-SLIS/2048（如圖2-2所示）。其最大線掃描速率為 20kHz。圖像采集達(dá)到每秒14699幀，掃描采集頻率高。兩個(gè)攝像頭分布安裝在汽車的兩側(cè)，相對(duì)于車頂中心線對(duì)稱布置，攝像頭主光軸所在平面與車頂平面的夾角為60。a) 外觀圖 b) 部件結(jié)構(gòu)圖 2-2 Onuris 線陣 CCD 高速相機(jī)2.1.2 光源本次研究的系統(tǒng)的光源由兩個(gè)500W的聚光燈組成。兩個(gè)射燈位于兩個(gè)攝像頭的中間，相對(duì)于車輛中心線對(duì)稱布置。當(dāng)機(jī)車進(jìn)入隧道，夜間背景亮度較低時(shí)，為攝像頭工作提供了光源。光

29、源產(chǎn)生的光束覆蓋屋頂上兩臺(tái)攝像機(jī)視覺重疊形成的光幕目標(biāo)，使光幕目標(biāo)的周圍照明達(dá)到平衡。光源的照度由光源控制卡控制，根據(jù)背景光的強(qiáng)弱自動(dòng)調(diào)節(jié)光源的強(qiáng)弱，方便系統(tǒng)適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境。2.1.3 終端處理系統(tǒng)終端計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)由計(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)和Visualc+6.0作為應(yīng)用程序的開發(fā)工具。它的作用是：(1) 配置相機(jī)屬性，滿足系統(tǒng)對(duì)相機(jī)圖像拍攝速度、曝光時(shí)間、圖像信息傳輸同步機(jī)制的要求。（2）基于多媒體技術(shù)和模糊圖像處理技術(shù)，接收前端兩臺(tái)線掃描相機(jī)致的掃描圖像，利用圖像預(yù)處理軟件區(qū)分背景和目標(biāo)，得到物體的高度和拉出值接觸線通過(guò)計(jì)算軟件。(3) 實(shí)時(shí)監(jiān)

30、控并記錄檢測(cè)全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果的回放、檢索、報(bào)告生成和打印。此外，終端處理系統(tǒng)還具有攝像頭控制故障分析、通訊和光源控制等功能。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)采集到的圖像進(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，將圖像劃分為若干個(gè)不相交的區(qū)域，使這些特征在同一區(qū)域表現(xiàn)出一致性或相似性，但在不同區(qū)域表現(xiàn)出明顯差異，然后在一幀圖像中，將物體與背景作進(jìn)一步處理。在具體應(yīng)用中，分割是進(jìn)一步進(jìn)行圖像分析識(shí)別的前提，分割的準(zhǔn)確性將直接影響后續(xù)任務(wù)的有效性。閾值法是一種傳統(tǒng)的圖像分割方法。它是圖像分割中最基本、最簡(jiǎn)單、應(yīng)用最廣泛的分割技術(shù)。它具

31、有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、計(jì)算量小、性能相對(duì)穩(wěn)定的顯著特點(diǎn)。特別適用于目標(biāo)和背景占據(jù)不同灰度范圍的圖像。它不僅可以大大壓縮數(shù)據(jù)量，還可以大大簡(jiǎn)化分析處理步驟。廣泛應(yīng)用于紅外成像、遙感、醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域。圖像閾值化首先將像素集合劃分為若干個(gè)閾值段，然后對(duì)每個(gè)閾值段對(duì)應(yīng)的灰度圖像的每個(gè)像素點(diǎn)的灰度值通過(guò)一定的算法得到其特征閾值，并將圖像分為兩部分，用0表示和 1，分別。這樣就將原始灰度值轉(zhuǎn)化為二值化特征值，完成圖像的預(yù)處理，為目標(biāo)識(shí)別奠定基礎(chǔ)。本次研究的系統(tǒng)采用全局閾值法對(duì)圖像進(jìn)行分割和預(yù)處理，將整個(gè)灰度圖像劃分為一個(gè)閾值段，該段中每個(gè)像素點(diǎn)灰度值的平均值作為特征閾值，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

32、景的分離。2.3 檢測(cè)方法當(dāng)線掃描相機(jī)和被攝體在縱向上相對(duì)移動(dòng)時(shí)，每次采集都可以獲得一幀目標(biāo)的二維圖像數(shù)據(jù)，然后通過(guò)全局閾值法對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，以區(qū)分背景和目標(biāo)，最后使用相交幾何。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)的主要步驟和功能如下。(1) 圖像采集安裝在屋頂上的兩臺(tái)線掃描CCD相機(jī)同時(shí)掃描接觸線目標(biāo)，分別獲得背景和目標(biāo)混合的灰度圖像。(2) 圖像預(yù)處理灰度圖像通過(guò)全局閾值法處理，區(qū)分背景和目標(biāo)區(qū)域，得到目標(biāo)。白天背景明亮，其灰度值較高，目標(biāo)灰度值較低。平均灰度值作為圖像分割的閾值。如果閾值大于背景，則二值化為0。如果小于閾值，則目標(biāo)二值化為1。在夜間，通過(guò)隧道時(shí)，背景亮度較低時(shí)，

33、光源需要開啟，二值化方法則相反。(3) 目標(biāo)定位根據(jù)識(shí)別出的目標(biāo)區(qū)域，找到目標(biāo)的中心位置，然后結(jié)合兩臺(tái)攝像機(jī)采集到的目標(biāo)進(jìn)行空間定位。(4) 計(jì)算幾何參數(shù)根據(jù)公式（2-1）、（2-2）、（2-6）和（2-9），得到接觸線目標(biāo)的高度和拉出值。非接觸式檢測(cè)系統(tǒng)所有項(xiàng)目的檢測(cè)均采用圖像處理的方法，所有需要的信息都是通過(guò)攝像頭直接獲取的。對(duì)受電弓的任何修改都可以帶來(lái)一系列優(yōu)點(diǎn)，例如安全系數(shù)大。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析，該檢測(cè)系統(tǒng)目前可以完成檢測(cè)任務(wù)，但為了更好地適應(yīng)高速檢測(cè)的要求，還存在一些需要改進(jìn)的問題。(1)車頂攝像頭傾斜安裝，與車頂平面有一定的夾角，容易出現(xiàn)安裝錯(cuò)誤。(2) 光源控制卡用于控制光源的開

34、啟和關(guān)閉。高速檢測(cè)時(shí)，由于光源控制卡的控制延遲，可能會(huì)因照明光源不及時(shí)開閉而丟失目標(biāo)。（3）當(dāng)背景灰度不均勻，一幀圖像出現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)時(shí)，采用全局閾值法進(jìn)行預(yù)處理，不能兼顧圖像條件，影響分割效果，容易導(dǎo)致誤識(shí)別目標(biāo)或目標(biāo)丟失。(4)當(dāng)背景中有烏云、鳥類、樹影等干擾目標(biāo)，使得一幀圖像中出現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)時(shí)，目標(biāo)圖像雜亂，降低了獲取有效目標(biāo)幾何參數(shù)的效率。(5) 特殊情況下，當(dāng)目標(biāo)圖像中存在斷點(diǎn)時(shí)，無(wú)法獲取該位置接觸線的幾何參數(shù)。第三章接觸網(wǎng)非接觸檢測(cè)系統(tǒng)計(jì)算方法針對(duì)當(dāng)前非接觸檢測(cè)系統(tǒng)存在的一些需要改進(jìn)和完善的問題，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，提出了一系列改進(jìn)算法。3.1 平行定位計(jì)算方法在

35、本設(shè)計(jì)中，將檢測(cè)系統(tǒng)中兩個(gè)攝像頭在屋頂?shù)陌惭b方式改為集中水平安裝，對(duì)稱布置在屋頂中心線的兩側(cè)。攝像機(jī)主光軸平面與車頂平面的夾角為90 。 ，不易產(chǎn)生角度安裝誤差。由于兩臺(tái)攝像機(jī)水平安裝，其主光軸必須平行，所以這種安裝方式對(duì)應(yīng)的定位計(jì)算方法稱為平行定位計(jì)算方法。3.1.1定位算法根據(jù)接觸線相對(duì)于相機(jī)鏡頭主光軸的位置差異，定位計(jì)算可分為接觸線位于1#和2#的主光軸中間攝像頭，位于1#攝像頭主光軸左側(cè)，位于2#攝像頭中。主光軸右側(cè)有3種情況。3.1.2 檢測(cè)范圍由于電力機(jī)車受電弓的工作高度5183mm-6683mm約為1250mm，因此受電弓度數(shù)為1250mm。即在受電弓的工作高度，625mm至少應(yīng)

36、能在中心線附近檢測(cè)到接觸線的位置，如圖3-1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)是指生物體可以改變習(xí)慣以適應(yīng)新環(huán)境的一種特征。自適應(yīng)算法是指系統(tǒng)可以根據(jù)不同的情況，自動(dòng)、快速地調(diào)整其原有的行為特征，以適應(yīng)物體的變化和干擾。下面從白自適應(yīng)控制和自適應(yīng)識(shí)別技術(shù)入手，闡述基于自適應(yīng)算法對(duì)原有檢測(cè)系統(tǒng)的改進(jìn)思路。自適應(yīng)控制任何真實(shí)系統(tǒng)都有不同程度的不確定性。自適應(yīng)控制的研究對(duì)象是具有一定不確定性的系統(tǒng)。描述受控對(duì)象及其環(huán)境的數(shù)學(xué)模型并不完全確定，包括一些未知的和隨機(jī)的因素。從系統(tǒng)部門的角度來(lái)看，設(shè)計(jì)者不一定事先就知道準(zhǔn)確描述被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)；從系統(tǒng)外部看，外部環(huán)境的

37、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，一些測(cè)量設(shè)備進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，與被測(cè)量的目標(biāo)相關(guān)的不確定性。面對(duì)這些客觀存在的各種不確定性，如何進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，使輸出結(jié)果達(dá)到并保持最優(yōu)或近似最優(yōu)，是自適應(yīng)控制要解決的問題。自適應(yīng)控制是一種基于數(shù)學(xué)模型的控制方法。它基于關(guān)于模型和干擾的相對(duì)較少的先驗(yàn)知識(shí)。它需要在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中不斷提取相關(guān)信息，并根據(jù)對(duì)象的輸入輸出數(shù)據(jù)不斷上線。識(shí)別模型參數(shù)，逐步完善模型。隨著過(guò)程的繼續(xù)，通過(guò)在線識(shí)別，模型會(huì)越來(lái)越準(zhǔn)確，越來(lái)越接近現(xiàn)實(shí)，控制系統(tǒng)也將具備適應(yīng)能力。傳統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)還具有一定的抑制系統(tǒng)特性變化和外部擾動(dòng)影響的能力。但是，由于控制器參數(shù)是固定的，當(dāng)系統(tǒng)的特性

38、發(fā)生變化或外部擾動(dòng)范圍發(fā)生較大變化時(shí)，系統(tǒng)的性能就會(huì)降低。通常會(huì)出現(xiàn)急劇下降，甚至不穩(wěn)定。接觸線作為檢測(cè)目標(biāo)，是一個(gè)具有很多不確定因素的物體。從系統(tǒng)部門的角度來(lái)看，描述接觸線的數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)可能無(wú)法提前準(zhǔn)確知道。同時(shí)，天橋、隧道、鳥類、烏云等外部環(huán)境，以及懸鏈線定位支撐裝置，都會(huì)對(duì)探測(cè)產(chǎn)生影響，其中很多是不可預(yù)測(cè)的。在測(cè)量過(guò)程中，照明光源的延遲開啟和關(guān)閉、多個(gè)目標(biāo)的出現(xiàn)、目標(biāo)間斷等不確定因素隨時(shí)進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)。因此，對(duì)于接觸線的特性或擾動(dòng)特性變化幅度較大，同時(shí)要求保持高性能指標(biāo)的檢測(cè)系統(tǒng)，宜采用自適應(yīng)控制。(2) 自適應(yīng)識(shí)別根據(jù)相機(jī)拍攝的一幀灰度圖像是采用統(tǒng)一閾值預(yù)處理還是對(duì)圖像不同區(qū)域采

39、用不同閾值進(jìn)行預(yù)處理，可分為全局閾值法和自適應(yīng)閾值法（也稱為局部閾值法） .當(dāng)圖像中背景與目標(biāo)灰度差異較小、多個(gè)目標(biāo)共存、存在陰影、光照不均、背景灰度變化等情況時(shí)，只使用固定的全局閾值分割一幀灰度圖像.由于無(wú)法考慮到圖像各個(gè)部分的情況，會(huì)影響分割效果，從而導(dǎo)致目標(biāo)的錯(cuò)誤識(shí)別或目標(biāo)的丟失。自適應(yīng)閾值法是利用一定數(shù)量的像素組成一個(gè)閾值段，對(duì)一幀灰度圖像進(jìn)行分割，然后用特定算法對(duì)每個(gè)閾值段提取閾值進(jìn)行圖像預(yù)處理。與全局閾值法相比，自適應(yīng)閾值法稍微復(fù)雜一些，但能較好地解決一些全局閾值法無(wú)法解決的問題。3.3 檢測(cè)方法從上一節(jié)的分析可以看出，有必要在檢測(cè)系統(tǒng)中引入自適應(yīng)控制和自適應(yīng)閾值。具體算法是利用自

40、適應(yīng)閾值法對(duì)灰度值圖像進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)目標(biāo)的灰度值和成像寬度來(lái)區(qū)分工作分支接觸線等線索，根據(jù)鏡頭定律判斷目標(biāo)的空間位置成像，并根據(jù)有效目標(biāo)點(diǎn)確定目標(biāo)的空間位置。不斷去除干擾目標(biāo)，使檢測(cè)系統(tǒng)具有自適應(yīng)功能，根據(jù)系統(tǒng)和外部條件的變化，改變工作模式或硬件設(shè)備狀態(tài)，保持工作條件切換準(zhǔn)確，優(yōu)化圖像識(shí)別技術(shù)，獲得高質(zhì)量的圖像識(shí)別技術(shù)。目標(biāo)圖，最終準(zhǔn)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、目標(biāo)獲取、干擾目標(biāo)消除、目標(biāo)定位和幾何參數(shù)計(jì)算等步驟。3.3.1圖像采集安裝在屋頂上的兩臺(tái)線掃描 CCD 相機(jī)同時(shí)掃描接觸線目標(biāo)，并分別捕獲灰度圖像。3.3.2圖像預(yù)處理圖像預(yù)處理采用自適應(yīng)閾值法，

41、通過(guò)兩種二值化處理方案分離目標(biāo)和背景。其中，第一次二值化是將當(dāng)前幀圖像等長(zhǎng)分割，對(duì)當(dāng)前幀的所有像素灰度值進(jìn)行二值化，得到有效閾值段及其閾值；第二次二值化是在有效閾值段內(nèi)，對(duì)對(duì)應(yīng)的圖像再次二值化，找到目標(biāo)區(qū)域。另外，在第一次二值化處理中，采用固定長(zhǎng)度F。多閾值段劃分方法雖然能較好地解決單閾值段中的誤識(shí)別和目標(biāo)缺失問題，但往往將一個(gè)目標(biāo)劃分為多個(gè)有效閾值段。為了避免識(shí)別為多個(gè)目標(biāo)，有必要優(yōu)化有效閾值段。3.3.3 獲得目標(biāo)根據(jù)識(shí)別出的目標(biāo)在相機(jī)焦平面上的起止位置，確定目標(biāo)的寬度和中心位置。在實(shí)際檢測(cè)中，有時(shí)會(huì)因?yàn)楣庠撮_關(guān)的延遲、目標(biāo)地圖的局部斷點(diǎn)、無(wú)效目標(biāo)的存在而影響目標(biāo)的定位計(jì)算。因此，為了提高

42、識(shí)別目標(biāo)的質(zhì)量，需要在獲取目標(biāo)之前對(duì)光源的開閉、斷點(diǎn)連接以及多目標(biāo)識(shí)別進(jìn)行有效控制。1. 光源的自適應(yīng)控制白天探測(cè)時(shí)通過(guò)隧道、橋梁時(shí)，往往會(huì)因光源開啟延遲而丟失探測(cè)目標(biāo)。但是，當(dāng)一直打開光源進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，當(dāng)背景亮度較高時(shí)，背景與目標(biāo)之間的灰度差異會(huì)減小。 ，導(dǎo)致目標(biāo)丟失。這個(gè)問題可以通過(guò)軟件方法解決。根據(jù)檢測(cè)斷面的隧道、橋梁等跨線建筑物的起止公里標(biāo)記，提前建立數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)即將進(jìn)入隧道、橋梁前一定距離時(shí)（由延誤時(shí)間和列車速度決定），通過(guò)光源控制卡自動(dòng)開啟光源。 ，逐漸增加光源的照度，在進(jìn)入隧道或橋梁的瞬間將光源的照度增加到規(guī)定值。在離開隧道、橋梁等建筑物前一定距離，逐漸降低光源的照度，在離開隧道或橋

43、梁的瞬間，關(guān)閉照明光源，實(shí)現(xiàn)照明光源的開啟和關(guān)閉，對(duì)光源的照度進(jìn)行自適應(yīng)控制，從而保證光源的開啟和關(guān)閉時(shí)間。2.目標(biāo)斷點(diǎn)的自適應(yīng)延續(xù)當(dāng)目標(biāo)圖中存在斷點(diǎn)時(shí)，無(wú)法確定接觸線的中心位置，但通過(guò)事后補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟB接斷點(diǎn)，可以近似確定目標(biāo)的中心位置，然后幾何可以獲取斷點(diǎn)的參數(shù)。3.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)后的接觸網(wǎng)非接觸檢測(cè)系統(tǒng)仍由線陣CCD相機(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中集中式和水平布置的系統(tǒng)架構(gòu)的硬件選型與原系統(tǒng)一致。通過(guò)自適應(yīng)算法對(duì)圖像分析和光源控制兩個(gè)模塊進(jìn)行了改進(jìn)。系統(tǒng)開始工作后，經(jīng)過(guò)圖像采集、圖像預(yù)處理、目標(biāo)獲取、去

44、干擾等步驟，得到基于自適應(yīng)算法的目標(biāo)地圖，再通過(guò)定位計(jì)算得到目標(biāo)的幾何參數(shù)。第四章系統(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、測(cè)量?jī)x器的不準(zhǔn)確、測(cè)量方法的不完善、測(cè)量環(huán)境條件的變化和測(cè)量工作的失誤都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量的真實(shí)值存在一定的差異。 ，導(dǎo)致測(cè)量誤差。錯(cuò)誤按性質(zhì)和來(lái)源可分為系統(tǒng)性錯(cuò)誤、偶然性錯(cuò)誤和疏忽性錯(cuò)誤。(1) 系統(tǒng)誤差是指由于測(cè)量?jī)x器不完善、有缺陷，未按照規(guī)定條件、不符合要求的試驗(yàn)理論、試驗(yàn)方法或試驗(yàn)條件以及觀察者的個(gè)人習(xí)慣使用而引起的誤差。在一系列測(cè)量中，這類誤差的大小和符號(hào)保持不變或有一個(gè)固定的規(guī)律。根據(jù)具體的測(cè)試條件和系統(tǒng)誤差的特點(diǎn)，找出誤差的原因，并采取適當(dāng)?shù)拇?/p>

45、施降低誤差的影響。（2）隨機(jī)誤差（意外誤差）是由一些不易控制的因素造成的，如測(cè)量值的波動(dòng)、測(cè)試人員的熟練程度、感官誤差和外部條件的變化等一系列問題。在一系列測(cè)量中，此類誤差的值和符號(hào)是不確定的，無(wú)法消除，并且大多數(shù)統(tǒng)計(jì)性質(zhì)服從正態(tài)分布。隨著測(cè)量次數(shù)的增加，隨機(jī)誤差平均值變得越來(lái)越小。因此，通常使用增加測(cè)量次數(shù)來(lái)減少此類誤差的影響。（3）疏忽錯(cuò)誤（negligence errors）主要是由于測(cè)試人員的粗心造成的，如讀數(shù)錯(cuò)誤或操作錯(cuò)誤。這樣的誤差往往與正常值有很大的不同，也明顯超過(guò)正常條件下的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。 .這種誤差可以通過(guò)提高檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制程度，減少人工參與來(lái)消除。由于系統(tǒng)誤差具

46、有一定的規(guī)律性，是可以預(yù)測(cè)和控制的，所以下面重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行分析。在誤差理論中，準(zhǔn)確度用來(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)真值接近的程度。準(zhǔn)確度是通過(guò)誤差來(lái)衡量的。錯(cuò)誤可分為絕對(duì)錯(cuò)誤包和相對(duì)錯(cuò)誤巨人，分別表示為實(shí)測(cè)真值 4 是一個(gè)理想的概念。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，由于各種主客觀因素的影響，往往無(wú)法準(zhǔn)確知道真值。因此，通常使用常規(guī)真值代替真值來(lái)計(jì)算誤差，則方程（4-1）和（4-2）演變?yōu)橄鄬?duì)誤差被列為在實(shí)際的接觸網(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)誤差組成。靜態(tài)誤差是車身中心線與線中心一致時(shí)，間接測(cè)量拉出值和高度引入的計(jì)算誤差和設(shè)備誤差。影響因素包括以下兩

47、個(gè)方面：一是測(cè)量過(guò)程中采樣點(diǎn)位置不同；第二，測(cè)量過(guò)程中相機(jī)工作背景的影響。振動(dòng)誤差是由于在運(yùn)動(dòng)中測(cè)量時(shí)車身中心線與中心線的偏差，是一種隨機(jī)誤差。4.1 兩臺(tái)相機(jī)采樣點(diǎn)位置不同造成的誤差當(dāng)列車高速運(yùn)行時(shí)，輸入數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算的圖像數(shù)據(jù)可能不是接觸線同一點(diǎn)的圖像信息，而是相隔一定距離的不同點(diǎn)的圖像信息。如圖 4-1 所示，相機(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)，相機(jī) C 將采樣點(diǎn) B 的圖像數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。兩點(diǎn) A 和 B 在相機(jī)中。成像特性會(huì)發(fā)生一點(diǎn)變化。這時(shí)，應(yīng)用A、B圖像的目標(biāo)參數(shù)來(lái)檢測(cè)接觸線的幾何參數(shù)，必然會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。(a) 接觸線高度誤差分析圖 (b) 接觸線

48、拉出值誤差分析圖圖4-1 不同采樣點(diǎn)位置造成的誤檢分析受接觸線實(shí)際布局的影響，當(dāng)兩個(gè)攝像頭的采樣點(diǎn)位置差異較大時(shí)，攝像頭C在B點(diǎn)采樣時(shí)得到的圖像數(shù)據(jù)與攝像頭C時(shí)得到的圖像數(shù)據(jù)相同在 A 點(diǎn)采樣。相比之下，相機(jī)中成像的接觸線目標(biāo)點(diǎn)的起始位置和圖像寬度會(huì)有所變化。假設(shè)攝像機(jī)C，圖像數(shù)據(jù)中目標(biāo)物體成像位置的偏移量為血液，像素寬度的變化量為w。 IV：在公式（2-7）中會(huì)改變：接觸線拉出值為：接觸線高度：接觸線拉出值的變化：接觸線高度的變化：4.2 COD相機(jī)工作環(huán)境的影響及分析在接觸線幾何參數(shù)的檢測(cè)過(guò)程中，由于攝像頭視野中可能包含整個(gè)接觸懸索的各個(gè)組成部分，懸索、承重索、腕臂、中心錨段、定位管、定位

49、器、軟硬跨和橋梁上部結(jié)構(gòu)成為檢測(cè)系統(tǒng)的干擾目標(biāo)，給整個(gè)檢測(cè)工作帶來(lái)很大的干擾，也在一定程度上降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了有效地保存檢測(cè)目標(biāo)的信號(hào)，需要分析懸鏈線的結(jié)構(gòu)和各成像部件的特性。吊柱垂直安裝對(duì)目標(biāo)成像影響不大。承重電纜與接觸線的布置相似，是識(shí)別接觸線目標(biāo)的主要干擾因素。承重電纜表面較臟，底面呈柱狀弧形，對(duì)光的反射性較弱，因此承重電纜的目標(biāo)圖像寬度較小，邊緣過(guò)于光滑；列車運(yùn)行過(guò)程中，由于接觸線與受電弓的摩擦，磨損面光亮，排放性能遠(yuǎn)高于其他物體，磨損面邊緣幾何形狀過(guò)于陡峭，相機(jī)內(nèi)成像信號(hào)電平高，接觸線目標(biāo)成像邊緣明顯，斜率大。從尺寸上看，與背景中的腕臂、軟硬跨度、橋梁上部結(jié)構(gòu)等幾何尺寸較大的干

50、擾目標(biāo)相比，接觸線的最大寬度相對(duì)較小。只有承重電纜與接觸線類似，但承力電纜在接觸線上方，距離相機(jī)較遠(yuǎn)。由幾何光學(xué)可知，照度與距離成反比，因此目標(biāo)圖像信號(hào)的幅值比較平滑。在懸鏈系統(tǒng)的支撐部分，可以成像的主要有腕臂、變位器、跨越軟硬的定位管，但由于大部分都與軌道方向垂直，所以只有接觸線方向零星，光的反射性能差，成像范圍廣，所以接觸線目標(biāo)的識(shí)別和跟蹤可以忽略不計(jì)。對(duì)于錨固節(jié)段接頭處的目標(biāo)識(shí)別，在三跨節(jié)段的接頭處，受影響的干擾目標(biāo)除了工作支索外，還有非工作支座的接觸線與荷載連接- 承載電纜；對(duì)于四錨節(jié)段接頭，還有一個(gè)電氣節(jié)段。 ，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但成像分析與三跨段相似。線分叉的情況也和anchor seg

51、mentjoint處的檢測(cè)非常相似，可以利用工作分支和非工作分支的差異來(lái)進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別和跟蹤。如果檢測(cè)系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)位于錨節(jié)段的關(guān)節(jié)處，則成像中可能存在工作分支和非工作分支。在與懸架接觸的零件中，工作支路的接觸線最靠近攝像機(jī)，工作支路和非工作支路在錨段的接頭處互換。使用獲取的目標(biāo)信息更容易確定接觸線的位置。在接觸線的工作支路和非工作支路的過(guò)渡處，由于工作支路和非工作支路平行且高度相近，因此無(wú)法確定目標(biāo)接觸線。此時(shí)可以在錨段的關(guān)節(jié)處進(jìn)行雙線檢測(cè)，即認(rèn)為兩條接觸線為目標(biāo)。是有效的。4.3 機(jī)車振動(dòng)的影響及分析4.3.1 車輛運(yùn)行振動(dòng)分析運(yùn)行列車是一個(gè)帶有彈簧懸掛裝置的多自由度振動(dòng)系統(tǒng)。在實(shí)際線路上運(yùn)行

52、時(shí)，會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的振動(dòng)現(xiàn)象。然而，振動(dòng)理論的研究和實(shí)踐表明，這種復(fù)雜的振動(dòng)是多種基本形式。振動(dòng)的綜合結(jié)果。車身的振動(dòng)形式有：上下振動(dòng)、偏航振動(dòng)、拉伸振動(dòng)、搖頭振動(dòng)、倒立振動(dòng)、側(cè)傾振動(dòng)等。安裝在機(jī)車頂部的檢測(cè)裝置在正常檢測(cè)過(guò)程中會(huì)隨車體振動(dòng)，因此采集的檢測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)受到車輛振動(dòng)的影響。車輛振動(dòng)是一個(gè)非常復(fù)雜的課題。同一輛車，不同的線路等級(jí)和線路狀態(tài)，有不同的振動(dòng)情況：同一輛車，同一條線路，不同的行進(jìn)速度，不同的振動(dòng)；不同的車輛有不同的條件。因此，車輛振動(dòng)是一個(gè)不可預(yù)測(cè)的隨機(jī)變量，在最終的數(shù)據(jù)處理中必須考慮車輛振動(dòng)的影響。理論分析和操作實(shí)踐表明，在影響拉出值振動(dòng)橫向位移的眾多因素中，決定性影響的是車身的

53、側(cè)傾振動(dòng)，最嚴(yán)重的是下側(cè)振動(dòng)，其次是橫向振動(dòng)。4.3.2 車輛振動(dòng)效應(yīng)補(bǔ)償如果5700mm計(jì)算接觸線的正常工作高度，車體以圓盤中心為轉(zhuǎn)動(dòng)中心，車體滾動(dòng)一個(gè)小角度，受電弓的中心也會(huì)隨著每一個(gè)滾動(dòng)方向。如果中心盤遠(yuǎn)離軌道面，則按5000mm計(jì)算方法計(jì)算。然后當(dāng)車身傾斜10 時(shí)，受電弓的中心水平橫向偏移。車身傾斜20時(shí)，受電弓中心水平橫向偏移車身傾斜30時(shí)，受電弓中心水平橫向偏移從以上數(shù)據(jù)可以看出，車輛滾動(dòng)形成的受電弓中心水平橫向偏移（車身傾斜度）非常嚴(yán)重，應(yīng)將車輛的滾動(dòng)振動(dòng)視為受電弓的水平偏移量（拉出值）。 ) 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)闹攸c(diǎn)。綜上所述經(jīng)過(guò)幾年的研究和實(shí)踐，我國(guó)基于圖像處理的接觸網(wǎng)非接觸檢測(cè)系統(tǒng)取

54、得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但仍不能很好地適應(yīng)接觸網(wǎng)設(shè)備的高速檢測(cè)。圖像處理的目標(biāo)識(shí)別精度和技術(shù)參數(shù)獲取的效率仍有待進(jìn)一步提高。本文研究了當(dāng)前基于圖像處理的接觸網(wǎng)非接觸檢測(cè)系統(tǒng)。在系統(tǒng)硬件設(shè)備選型和軟件模塊不變的基礎(chǔ)上，介紹了自適應(yīng)控制技術(shù)和自適應(yīng)閾值方法，并采用了多閾值。圖像分割采用分割和自適應(yīng)閾值法，提高了圖像預(yù)處理的效果；利用跟蹤分析識(shí)別和排除干擾目標(biāo)，提高了有效目標(biāo)識(shí)別效率和幾何參數(shù)獲取速度；攝像頭水平設(shè)置，降低了安裝難度，消除了安裝角度誤差對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響；使用數(shù)據(jù)庫(kù)軟件控制光源的開關(guān)時(shí)間，解決光源開關(guān)延遲導(dǎo)致的目標(biāo)丟失問題。通過(guò)上述系列創(chuàng)新研究和改進(jìn)工作，檢測(cè)系統(tǒng)的目標(biāo)識(shí)別精度和技術(shù)參數(shù)獲取效

55、率得到顯著提升。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)誤差分析，系統(tǒng)受采樣頻率和兩臺(tái)相機(jī)不同步的影響很小，可以忽略不計(jì)。但由于所用相機(jī)分辨率較低，目標(biāo)識(shí)別寬度與目標(biāo)實(shí)際成像寬度存在差異，造成的誤差更為明顯。小錯(cuò)誤。在今后的工作中，該系統(tǒng)還存在一些問題需要不斷研究和完善。（1）車輛振動(dòng)對(duì)幾何參數(shù)檢測(cè)的影響本文沒有系統(tǒng)研究，但在接觸檢測(cè)中有比較成熟的振動(dòng)補(bǔ)償方法可供參考。如何實(shí)現(xiàn)還需要進(jìn)一步的研究和實(shí)踐。（2）對(duì)于有限數(shù)量的目標(biāo)損失，如何更準(zhǔn)確的獲取接觸線的高度和斷點(diǎn)處的拉出值；在多個(gè)線索目標(biāo)的情況下，如何更好地提高有效目標(biāo)的識(shí)別效率等問題仍需進(jìn)一步研究解決。(3)本系統(tǒng)主要檢測(cè)接觸線的幾何參數(shù)，沒有硬點(diǎn)、離線等動(dòng)態(tài)參數(shù)檢測(cè)功

56、能，未來(lái)需要在這方面做進(jìn)一步的研究工作。至本文是在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的。從論文選題、資料收集、文獻(xiàn)閱讀到論文撰寫，凝聚了導(dǎo)師的所有心血和汗水。在這里，我要向表達(dá)我最誠(chéng)摯的心意！老師知識(shí)淵博，學(xué)風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，品德高尚，我由衷欽佩；老師理論與實(shí)踐相結(jié)合的研究方法，以及銳意進(jìn)取的創(chuàng)新精神，讓我受益匪淺，對(duì)我以后的工作和學(xué)習(xí)也將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。在我寫論文的過(guò)程中，有很多同學(xué)給予了熱情的幫助和具體的指導(dǎo)。同時(shí)，感謝同事們?cè)诠ぷ骱蛯W(xué)習(xí)中給予的關(guān)心和支持。最后，感謝我的家人。他們對(duì)我學(xué)業(yè)成功的期許，是我在忙碌的工作中堅(jiān)持努力學(xué)習(xí)、保持自信的動(dòng)力源泉。參考1 唐龍.高速鐵路接觸網(wǎng)檢測(cè)若干關(guān)鍵技術(shù)研究J.西南交通大學(xué)博士論文, 20062 金珠 2003年68個(gè)國(guó)家和地區(qū)電氣化里程和電氣化率。世界軌道交通，2004(6)33 于萬(wàn)