全視覺(jué)高速鐵路扣件缺失系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及算法研究.pdf

1、鐵路安全一直在國(guó)家的交通安全擔(dān)當(dāng)著重要的角色,尤其是在當(dāng)今高速鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展之際,鐵路安全的重要性尤為突出。溫州動(dòng)車(chē)追尾事件后,我們?yōu)榇烁冻隽藨K痛的代價(jià),鐵路安全也再次刺激了人們的神經(jīng)。然而,當(dāng)前高鐵的維護(hù)機(jī)制基本上還是舊有的模式,如鐵路扣件缺失的人工檢測(cè)方式(即靠巡道工人的沿線目視巡查)和落后的信號(hào)系統(tǒng),這些已經(jīng)不能再滿(mǎn)足高速列車(chē)的安全監(jiān)測(cè)要求。
　　如何利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速而準(zhǔn)確的扣件探測(cè)成為一項(xiàng)重要課題。目前,國(guó)際上

2、普遍采用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)扣件自動(dòng)探測(cè),其中探測(cè)速度最快的當(dāng)屬上海交通大學(xué)提出的基于模式識(shí)別和高速并行處理算法的實(shí)施在線探測(cè)系統(tǒng)。
　　本論文以鐵道部“高速鐵路軌道扣件缺失探測(cè)”方法與系統(tǒng)研究為項(xiàng)目背景,在已有的在線探測(cè)系統(tǒng)上進(jìn)行系統(tǒng)改進(jìn)及優(yōu)化。這個(gè)系統(tǒng)采用左右兩個(gè)視覺(jué)探測(cè)器和一個(gè)控制系統(tǒng)組成。即在高鐵檢測(cè)列車(chē)體底部安裝圖像傳感器,分別監(jiān)測(cè)左右兩個(gè)鋼軌的扣件狀態(tài),再將檢測(cè)信號(hào)送入車(chē)載處理系統(tǒng),進(jìn)行圖像處理、識(shí)別判斷并存儲(chǔ)和輸出,最

3、后添加位置信號(hào)把報(bào)警信號(hào)送至人工監(jiān)測(cè)處理中心。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容是探討探測(cè)系統(tǒng)的整體軟件設(shè)計(jì)方案,分析并設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的各組成部分,同時(shí)重點(diǎn)研究了全視覺(jué)自適應(yīng)扣件定位識(shí)別算法,實(shí)現(xiàn)鐵路扣件的自動(dòng)化在線同步檢測(cè)。本論文的軟件分成相互獨(dú)立的三層結(jié)構(gòu),界面層、控制層、模塊層,其中模塊層包含若干獨(dú)立的功能模塊。對(duì)每層需要實(shí)現(xiàn)的功能以及實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行分析,實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)。本論文也通過(guò)對(duì)扣件采集規(guī)律的觀察和仿真,提出了自己的一套基

4、于圖像序列的視覺(jué)同步定位算法,來(lái)對(duì)高速運(yùn)行列車(chē)如何同步定位扣件的問(wèn)題提出解決方法。最后,為了能較好地解決高速列車(chē)扣件檢測(cè)中光照不勻的問(wèn)題,本文通過(guò)綜合分析同態(tài)濾波法、Retinex增強(qiáng)法等幾種常用的圖像增強(qiáng)方法,并結(jié)合自適應(yīng)灰度修正方法,進(jìn)而提出了一種基于GPU并行運(yùn)算的快速簡(jiǎn)便多維灰度修正自適應(yīng)算法。與其他傳統(tǒng)算法相比,在不影響實(shí)時(shí)圖像處理效果的前提下,灰度修正算法的計(jì)算速度提高了5倍以上。
　　在上述軟件設(shè)計(jì)及算法研究的基礎(chǔ)上