接触网动态检测系统设计与应用毕业论文

1、. . . .毕业设计（论文）作业本网站名称专门年级设计（或论文）题目：悬链线动态检测系统的设计与应用2011 年 11完成日期：具体要求：电气化铁路以其运力强、运营成本低、能耗低、环境污染少等优势受到世界各国的广泛重视，成为当今铁路的发展方向。接触网作为电气化铁路的重要组成部分，其状态直接影响电气化铁路的运行安全。因此，通过对接触网状态的检测，及时发现存在的问题，对电气化铁路的安全运营非常重要。同时，为不断积累设计、施工、维修经验，提高维修效率，节约运营成本，不断提高接触网水平成为电气化铁路快速发展的必然要求和重要保障。检测技术。20世纪末，接触网接触检测技术越来越成熟，在国外得到广泛应用。

2、但由于技术复杂、成本高、存在一定的安全隐患，极大地限制了该检测技术的推广推广和检测精度的进一步提高。非接触式检测技术是将检测设备安装在车辆上，与高压设备完全脱离，使技术和设备相对简单，安全性能大大提高，成本大大降低。学生要完成的任务本文研究了当前基于图像处理的非接触式检测系统在高速检测情况下图像预处理和目标识别计算中存在的主要问题，并采用自适应阈值法和自适应控制技术。进行研究。提升。它主要将摄像头采集到的图像分割成多阈值段，采用自适应阈值和两种二值化处理方法对图像进行预处理，然后利用跟踪识别技术消除干扰目标，最终得到有效目标的几何参数。目标识别质量和技术参数获取效率显着提高。此外，系统还优化了

3、车辆物品检测设备的设置，针对阈值段的优化划分、多目标识别、光源开闭控制、断点连接等问题提出改进思路。参考1 唐龙.高速铁路接触网检测若干关键技术研究J.西南交通大学博士论文, 20062 金珠 2003年68个国家和地区电气化里程和电气化率。世界轨道交通，2004(6)33 于万菊。高速电气化铁路接触网。 : 西南交通大学, 20024 于万菊接触网设计和测试原则。 : 中国铁路, 19935 中华人民共和国铁道部。中长期铁路网规划，2004.16 吴继勤、董兆德等.铁道部客运专线接触网培训教材。 : 西南交通大学, 20077 道君，陶。接触网运行的检修和管理。 : 中国铁路, 20068

4、陶.对联络网状态修复工作的思考。铁路机车车辆, 2004(2)9 朱德生德国接触网动态检测技术。电气化铁路, 2004(3)lO 非常好。德国接触网动态接触压力检测与缺陷判别技术分析J.铁路标准设计，2005(8)11 唐龙.悬链线检测车振动补偿研究J.西南交通大学学报，1999（212 于正平，洪，吴洪标，长越。高速电气化铁路接触网受电弓系统研究J.中国铁道科学, 1999.20(1)13 蔡学景唐龙牛大鹏基于OnuriS线阵CCD相机技术的高速电气化铁路接触网动态检测系统轨道交通, 2007(5)导师：年月日批准人：年月日导师： 职称：年月日继续教育学院印章毕业设计（论文）原创性声明及使用

5、说明授权书原创性声明我再次承诺：我提交的毕业设计（论文）是我在导师指导下开展的研究工作和成果。据我所知，除文中特别注明和注明外，它不包含已发表或由其他人或组织发表的研究成果，也不包含我为获得学位而使用的材料或 其他 教育 机构 的 资格 .对本研究提供帮助和贡献的个人或集体已在文中明确表达并表达了他们的意图。作者签名： 日期：讲师签名： 日期：使用授权说明本人完全了解学校对毕业设计（论文）的收集、保存和使用的规定，即：按学校要求提交毕业设计（论文）的印刷版和电子版；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷版和电子版。编辑，并提供目录检索和阅读服务；学校可使用影印、小型化、数码或其他复制方式保存文件；

6、在不盈利的前提下，学校可以发表论文的部分或全部内容。作者签名： 日期：论文原创性声明本人特此声明，提交的论文是本人在导师指导下自主研究取得的研究成果。除文中特别标注和引用的内容外，本文不包含任何其他个人或集体发表的或书面的作品。对本文研究做出重要贡献的个人和团体已在正文中明确标出。我深知本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期： YYMMDD论文使用授权书本论文作者充分了解学校对学位论文保存和使用的规定，同意学校保留并将学位论文的复印件和电子版发给国家有关部门或机构，并内容查阅和借阅。 .本人授权学校将本论文全部或部分编入相关数据库进行检索，并以影印、微型化或扫描等方式保存和编纂本论文。机密

7、文件按学校规定处理。作者签名：日期： YYMMDD导师签名： 日期： YYMMDD教师复习书导师评价：1.写作（设计）过程1. 论文（设计）过程中学生的学术态度和工作精神优秀 良好 一般 通过 不及格2. 学生获得专业知识和技能的程度优秀 良好 一般 通过 不及格3. 学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力优秀 良好 一般 通过 不及格4.研究方法的科学性；技术电路的可行性；设计方案的合理性优秀 良好 一般 通过 不及格5.毕业论文（设计）完成期间的出勤情况优秀 良好 一般 通过 不及格2.论文（设计）质量1.论文（设计）的整体结构是否符合写作规则？优秀 良好 一般 通过 不及格2

8、、你是否完成了分配的论文（设计）任务（包括装订和附件）？优秀 良好 一般 通过 不及格3.论文（设计）级别1.论文（设计）的理论意义或解决实际问题的指导意义优秀 良好 一般 通过 不及格2.论文的概念是否创新？设计有创意吗？优秀 良好 一般 通过 不及格3.论文整体水平（设计规范）优秀 良好 一般 通过 不及格建议等级： 优秀好一般不及格（在所选级别前画“”）导师：（签字）单位：（印章）年月日.审查教师的复习书查看教师评价：1.论文质量（设计）1.论文（设计）的整体结构是否符合写作规则？优秀 良好 一般 通过 不及格2、你是否完成了分配的论文（设计）任务（包括装订和附件）？优秀 良好 一般 通

9、过 不及格2.论文（设计）级别1.论文（设计）的理论意义或解决实际问题的指导意义优秀 良好 一般 通过 不及格2.论文的概念是否创新？设计有创意吗？优秀 良好 一般 通过 不及格3.论文整体水平（设计规范）优秀 良好 一般 通过 不及格建议等级： 优秀好一般不及格（在所选级别前画“”）审核老师：（签字）单位：（盖章）年月日.教研室（或答辩组）、教研室意见教研室（或答辩组）评价：1. 辩护过程1.毕业论文（设计）的基本观点和见解的描述优秀 良好 一般 通过 不及格2.答辩题的回答、理解和表达优秀 良好 一般 通过 不及格三、答辩时学生的心理状态优秀 良好 一般 通过 不及格2.论文（设计）质量1

10、.论文（设计）的整体结构是否符合写作规则？优秀 良好 一般 通过 不及格2、你是否完成了分配的论文（设计）任务（包括装订和附件）？优秀 良好 一般 通过 不及格3.论文（设计）级别1.论文（设计）的理论意义或解决实际问题的指导意义优秀 良好 一般 通过 不及格2.论文的概念是否创新？设计有创意吗？优秀 良好 一般 通过 不及格3.论文整体水平（设计规范）优秀 良好 一般 通过 不及格评分： 优秀好一般不及格_（在所选级别前画“”）教研室主任（或答辩组长）：（签字）年月日教学部点评：系主任：（签名）年月日摘要电气化铁路以其运力强、运营成本低、能耗低、环境污染少等优势受到世界各国的广泛重视，成为当

11、今铁路的发展方向。接触网作为电气化铁路的重要组成部分，其状态直接影响电气化铁路的运行安全。因此，通过对接触网状态的检测，及时发现存在的问题，对电气化铁路的安全运营非常重要。同时，为不断积累设计、施工、维修经验，提高维修效率，节约运营成本，不断提高接触网水平成为电气化铁路快速发展的必然要求和重要保障。检测技术。20世纪末，接触网接触检测技术越来越成熟，在国外得到广泛应用。但由于技术复杂、成本高、存在一定的安全隐患，极大地限制了该检测技术的推广推广和检测精度的进一步提高。非接触式检测技术是将检测设备安装在车辆上，与高压设备完全脱离，使技术和设备相对简单，安全性能大大提高，成本大大降低。本文研究了当

12、前基于图像处理的非接触式检测系统在高速检测情况下图像预处理和目标识别计算中存在的主要问题，并采用自适应阈值法和自适应控制技术。进行研究。提升。它主要将摄像头采集到的图像分割成多阈值段，采用自适应阈值和两种二值化处理方法对图像进行预处理，然后利用跟踪识别技术消除干扰目标，最终得到有效目标的几何参数。目标识别质量和技术参数获取效率显着提高。此外，系统还优化了车辆物品检测设备的设置，针对阈值段的优化划分、多目标识别、光源开闭控制、断点连接等问题提出改进思路。关键词：悬链线；非接触式检测；图像处理;自适应算法摘 要电气化铁路因其运输能力强、运营成本低、能源消耗和环境污染少等优点，受到世界各国普遍重视，

13、已成为当今铁路发展的重点。接触网电气化作为铁路电气化状态的重要组成部分，其优劣直接影响电气化铁路的安全运行，因此通过检测接触网状态，及时发现犯罪问题，对于电气化铁路的安全运行至关重要。同时，为不断积累设计、施工和维修经验，提高维修效率，节约运营成本，使得不断提高接触网电气化铁路检测水平成为快速发展的必然要求和重要的保证。二十世纪末，接触网接触式检测技术日趋成熟，在国内外得到广泛应用。但是，由于技术复杂、成本高以及存在一定的安全隐患等因素，极大地制约了这种检测技术的推广和检测精度的进一步提高。非接触式检测技术是对安装在车内的设备进行检测，与高压设备完全脱离接触，使技术和设备相对简单，安全性能大大

14、提高，成本大幅下降。本文针对目前国内基于图像处理、非接触式检测系统的图像预处理和目标识别方面的问题，在高速检测的情况下研究使用自适应阈值方法及其自适应控制的主要问题主要针对多摄像头图像采集阈值分段，采用自适应二值化阈值和图像预处理两种处理方法，然后利用跟踪技术将干扰目标识别排除最终目标的有效几何技术参数、目标鉴定、质量和技术参数的效率明显提高。此外，系统还针对最优分类阈值分段、多目标识别、照明开闭控制、断点续行问题、改进思路建议等优化了汽车测试设备设置项。关键词：悬链线；非接触式检测；图像处理;自适应算法.第一章 简介1.1 简介1879年5月31日，在德国柏林举办的世博会上，德国西门子和哈尔

15、斯克展出了世界上第一条电气化铁路。随着科学技术的发展、铁路交通的增长和对能源利用的重视，电气化铁路具有运输能力强、运营成本低、能源消耗少、环境污染少等优点，受到世界各国的青睐。世界。一些工业化国家大规模的电气化铁路建设，使其从一些大城市的工矿线和郊区线迅速发展到城际和繁忙的铁路线。 1970年代末，欧洲国家、日本等主要铁路线已实现电气化。到2003年底，世界电气化铁路里程达到26.4我国第一条电气化铁路宝城线至丰州段于1958年6月建成，1958年6月竣工，1961年8月15日拉开了我国电气化铁路建设的序幕。虽然起步较晚，但经过50年的快速发展，已成为世界上最大的电气化铁路强国之一。 2006

16、年9月，我国电气化铁路总里程超过2.0 4万公里%，成为仅次于俄罗斯的世界第二大电气化铁路国家，铁路电气化率达到27%。预计到悬链线检测是利用技术手段对悬链线参数进行在线检测，根据悬链线设备的可测量和外部可识别的特性对其工作状态进行评估。在高速铁路的建设和发展中，电气化铁路以其显着的优势被许多国家视为大力研发的目标，这使得接触网设备的检测，尤其是动态检测越来越多。重要的。主要体现在以下几个方面。（一）高速电气化铁路的建设和发展需要不断积累经验。通过对不同工况、不同项目的试验结果进行分析，验证预期效果，找出设备运行规律，为今后不断改进设计、施工和维护提供依据。(2)作为电气化铁路的大动脉，接触网

17、的质量直接关系到电力机车的运行安全。由于接触网设备露天布置，无后备，工作环境恶劣，如不加强设备检查，及时发现整治设备隐患，将危及交通安全和严重干扰交通秩序。(3) 基于接触网设备运行状态的状态检修是一种先进、科学、经济的检修体系。合理安排巡检周期，及时获取设备状态；通过对检查结果的分析判断，制定维修计划和维修计划；通过增强维修的针对性，节省维修时间和维修成本，提高人员利用率；检查以检查维护质量并获得设备的新状态。其中，检测环节在状态检修的实施中起着举足轻重的作用，直接关系到状态检修的有效性。(4)在动态条件下，通过模拟受电弓的运行环境来检测接触网技术参数是最接近实际运行条件的检测方法。可以发现

18、静态检测无法发现的设备问题，提高对设备运行规律的理解，积累管理经验。(5)接触网设备的动态检测效率很高。手动检测设备需要几个小时，十公里而动态检测可以在几个小时内检测到数百甚至数千公里。检测结果可由计算机辅助，降低劳动强度。工作效率显着提高。1.2 国外接触网动态检测系统研究现状为适应电气化铁路发展的需要，优化了接触网和受电弓的结构形式，检查了接触网的建设和维护质量。德国、法国、日本、前同盟等依赖电力牵引的国家无一例外地在发展。在铁路电气化的同时，大力研究接触网动态检测技术。接触网检测根据检测设备（传感器）是否与（近）接触网设备接触可分为接触式检测和非接触式检测。接触网的检测能力主要包括off

19、set（接触线偏离受电弓中心的位置）、height（接触线到轨面的距离）、hard point（对受电弓的影响）和offline（受电弓的机械分离）。由于检测方式的不同，检测能力也有其侧重点。1.2.1接触动态检测系统目前，世界上有许多国家采用接触检测方法进行接触网检测。德国、日本、法国和瑞士等国家都开发了自己的检测系统，重点检测受电弓-接触网动力学参数。其中最具代表性的就是德国的接触网检测装置。德国研制的悬链线检测装置如图所示。它通过在受电弓上安装压力传感器和加速度传感器来测试受电弓接触压力、冲击加速度（硬点）和离线等动态参数，并根据受电弓接触压力在受电弓上的分布计算张力。接触线的高度由受电

20、弓架转轴的角位移计算得出。我国目前主流的接触网动态检测装置也属于这种方法，它是以日本技术为基础，后来参照德国技术发展起来的。 1962年，铁道部科学研究所配备了第一台接触网检测车，只能检测钢丝高度和受电弓与接触网之间的大线。 1980年研制出满足作业的悬链线检测装置，实现了对脱线、偏移、高度等主要项目的检测。 80km/h1998年12月，西南交通大学电气工程学院研制成功了接触网检查车（如图），基本满足160km/h了准高速铁路接触网检查的需要。车顶装有受电弓，受电弓滑板装有各种传感器，可检测接触压力、加速度、拉出值。后来取消了受电弓上的拉出值传感器，根据受电弓上的受电弓-链接触压力分布计算拉

21、出值，实现了检测技术的重大突破。a) 德国接触网检测装置 b) 国产JJC-1型接触网检测装置图 1-1 典型的接触式接触网测量装置图 1-1 典型接触式接触网测量装置接触式检测系统具有良好的实时性，可以同时测试接触线的几何参数和弓网接触的动态参数：试验得到的受电弓-悬链线接触压力可以详细描述船首和悬链线。网络联络运行的动态过程更能反映联络线的当前接收特性。但也存在一些问题，如放大器的温度漂移，高压侧微弱的感应信号被温度放大，动态测试参数的误差较大：因为传感器安装在受电弓，增加了滑板的附加质量。 ，系统安全性降低，同样的问题。受电弓和接触网的离线接触和滑动增加，电磁干扰严重，检测精度受到很大影

22、响；系统结构复杂，维护困难，需要高低压隔离设备，成本高。1.2.2非接触式动态检测系统目前，世界上开展非接触式检测研究和实践的德国、意大利、日本、奥地利等国家重点对悬链线的几何参数进行检测。其中最具代表性的是德国基于图像处理的悬链线检测装置。德国BB公司于1982年开始研制接触网的非接触式检测装置，主要采用伺服跟踪和图像处理技术。屋顶线阵上布置4个CCD（Charged Coupled Device）摄像头和3个聚光灯，通过伺服跟踪运动在CCD摄像头中成像接触线，然后通过实测计算接触线高度和拉出值。时间图像处理。1996年改进后，实现了全天候探测。 2000 年，使用高分辨率相机实施了接触线磨

23、损测量。检测装置如图1-2所示。图1-2 德威非接触接触网检测装置目前我国基于图像处理的检测系统主要是在德国技术的基础上开发的。接触线的动态图像由安装在屋顶的两台线阵CCD高速摄像机拍摄，通过图像采集设备转换为数字信号，再通过图像处理等方法分析计算接触线的空间位置。作为二值化和模式识别。 ，最后得到接触线的高度和拉出值。非接触式检测系统无需在受电弓上安装传感器，系统安全；检测装置置于车辆车顶，安装调试方便，远离电磁干扰，检测精度高：有无受电弓均可检测，结构简单，成本低低，除电力机车外，还可安装在燃气机车及各种铁路养护车辆上进行设备检测工作，应用前景广阔。但由于目标识别的准确率和技术参数获取的效

24、率不能很好地适应高速检测，目前还没有得到推广和推广。第二章接触网非接触检测原理2.1 系统结构基于图像处理技术的接触网非接触检测系统是一种基于视觉技术的检测系统，包括模糊图像识别和图像处理。它主要包括三个子系统：线阵CCD相机、光源和终端计算机处理。检测体积涵盖了悬链线的基本几何参数。系统配备功能强大的软件包，可根据不同需求对试验数据进行分析处理，自动生成分析报告，为设备维修工作提供可靠、详细的技术数据。2.1.1线扫描COD相机线阵CCD相机主要对接触线进行线扫描成像和简单的信号处理，并将处理结果通过USB高速接口致到终端计算机处理系统。1. COD图像传感器CCD又称光电耦合器，是一种以电

25、荷为信号载体的微型图像传感器。自 1970 年在贝尔实验室诞生以来，随着半导体微电子技术的飞速发展，像素集成度、分辨率、几何精度和灵敏度都有了很大的提高，工作频率范围显着增加，非常适合高速拍摄移动物体。 .由于其光谱响应宽、动态范围大、灵敏度和几何精度高、噪声低、体积小、重量轻、电压低、功耗低、抗冲击、抗振动、抗电磁干扰能力强、坚固耐用、寿命长，具有图像失真小、无残像、可长期在恶劣环境下工作、易于进行数字处理及与计算机连接等诸多优点。已广泛应用于图像采集、非接触式测量和实时监测，已成为现代光电和检测技术。世界上最活跃、最富有成果的研究领域之一。线阵CCD图像传感器如图2-1所示。它由线性排列的

26、感光元件、传输门、移位寄存器和一些辅助输入输出电路组成。具有光电转换、电荷存储、电荷转移、信号读出等功能。 .通过感知照射在其上的光的强度和颜色，将空间分布的光学图像转换为时间顺序分布的视频电压信号。其工作流程如下：(1)光电转换 当目标图像通过光学物镜在CCD传感器的感光面上成像时，感光元件将入射光量子按比例转化为光生电荷。这个时期称为光积分期，也称为曝光期。(2) 电荷在光积分期内储存，光敏元件下方的势阱收集并储存这些光生电荷，形成电荷包，将拍摄场景图像的亮度分布转化为电荷分布在感光区域下方。(3) 电荷转移 光积分完成后，打开转移门，势阱中的电荷包通过转移脉冲转移到相应的移位寄存器。(4

27、) 信号输出 在移位脉冲的作用下，移位寄存器中的电荷包依次被移出，进入相应的放大电路。每个光生电荷依次转换成相应的信号，再通过合成电路得到视频信号。输出信号可以连接到示波器、图像显示器或其他信号存储和处理设备，用于信号再现或存储处理。a) CCD芯片结构示意图 b) 部分图2-1 线阵CCD芯片及其结构示意图2.线扫描相机与其他类型的传感器相机相比，线传感器相机具有更高的分辨率和更好的实时输出特性。高速线阵相机扫描一次，扫描结果可立即输出为视频。易于进行连续处理，非常适用于测量图像信息的快速采样、存储和数据处理。此外，由于线阵CCD具有较高的测量精度和扫描频率，对于高速运动的物体也可以获得高分

28、辨率的图像，因此在高速电气化铁路接触网的动态检测中受到青睐。本研究使用的系统为德国FEITH公司生产的线阵相机Onuris-SLIS/2048（如图2-2所示）。其最大线扫描速率为 20kHz。图像采集达到每秒14699帧，扫描采集频率高。两个摄像头分布安装在汽车的两侧，相对于车顶中心线对称布置，摄像头主光轴所在平面与车顶平面的夹角为60。a) 外观图 b) 部件结构图 2-2 Onuris 线阵 CCD 高速相机2.1.2 光源本次研究的系统的光源由两个500W的聚光灯组成。两个射灯位于两个摄像头的中间，相对于车辆中心线对称布置。当机车进入隧道，夜间背景亮度较低时，为摄像头工作提供了光源。光

29、源产生的光束覆盖屋顶上两台摄像机视觉重叠形成的光幕目标，使光幕目标的周围照明达到平衡。光源的照度由光源控制卡控制，根据背景光的强弱自动调节光源的强弱，方便系统适应复杂环境。2.1.3 终端处理系统终端计算机处理系统由计算机和相关处理软件组成。软件设计采用SQLServer数据库操作系统和Visualc+6.0作为应用程序的开发工具。它的作用是：(1) 配置相机属性，满足系统对相机图像拍摄速度、曝光时间、图像信息传输同步机制的要求。（2）基于多媒体技术和模糊图像处理技术，接收前端两台线扫描相机致的扫描图像，利用图像预处理软件区分背景和目标，得到物体的高度和拉出值接触线通过计算软件。(3) 实时监

30、控并记录检测全过程，实现检测结果的回放、检索、报告生成和打印。此外，终端处理系统还具有摄像头控制故障分析、通讯和光源控制等功能。软件系统模块组成如图2-3所示。图2-3 软件系统模块组成2.2 目标识别对采集到的图像进行目标识别的基本前提是对图像进行分割预处理。根据灰度特征，将图像划分为若干个不相交的区域，使这些特征在同一区域表现出一致性或相似性，但在不同区域表现出明显差异，然后在一帧图像中，将物体与背景作进一步处理。在具体应用中，分割是进一步进行图像分析识别的前提，分割的准确性将直接影响后续任务的有效性。阈值法是一种传统的图像分割方法。它是图像分割中最基本、最简单、应用最广泛的分割技术。它具

31、有实现简单、计算量小、性能相对稳定的显着特点。特别适用于目标和背景占据不同灰度范围的图像。它不仅可以大大压缩数据量，还可以大大简化分析处理步骤。广泛应用于红外成像、遥感、医学等诸多领域。图像阈值化首先将像素集合划分为若干个阈值段，然后对每个阈值段对应的灰度图像的每个像素点的灰度值通过一定的算法得到其特征阈值，并将图像分为两部分，用0表示和 1，分别。这样就将原始灰度值转化为二值化特征值，完成图像的预处理，为目标识别奠定基础。本次研究的系统采用全局阈值法对图像进行分割和预处理，将整个灰度图像划分为一个阈值段，该段中每个像素点灰度值的平均值作为特征阈值，然后进行二值化，完成图像预处理，实现目标与背

32、景的分离。2.3 检测方法当线扫描相机和被摄体在纵向上相对移动时，每次采集都可以获得一帧目标的二维图像数据，然后通过全局阈值法对图像进行预处理，以区分背景和目标，最后使用相交几何。定位计算方法完成目标定位和几何参数获取。检测的主要步骤和功能如下。(1) 图像采集安装在屋顶上的两台线扫描CCD相机同时扫描接触线目标，分别获得背景和目标混合的灰度图像。(2) 图像预处理灰度图像通过全局阈值法处理，区分背景和目标区域，得到目标。白天背景明亮，其灰度值较高，目标灰度值较低。平均灰度值作为图像分割的阈值。如果阈值大于背景，则二值化为0。如果小于阈值，则目标二值化为1。在夜间，通过隧道时，背景亮度较低时，

33、光源需要开启，二值化方法则相反。(3) 目标定位根据识别出的目标区域，找到目标的中心位置，然后结合两台摄像机采集到的目标进行空间定位。(4) 计算几何参数根据公式（2-1）、（2-2）、（2-6）和（2-9），得到接触线目标的高度和拉出值。非接触式检测系统所有项目的检测均采用图像处理的方法，所有需要的信息都是通过摄像头直接获取的。对受电弓的任何修改都可以带来一系列优点，例如安全系数大。通过实验和结果分析，该检测系统目前可以完成检测任务，但为了更好地适应高速检测的要求，还存在一些需要改进的问题。(1)车顶摄像头倾斜安装，与车顶平面有一定的夹角，容易出现安装错误。(2) 光源控制卡用于控制光源的开

34、启和关闭。高速检测时，由于光源控制卡的控制延迟，可能会因照明光源不及时开闭而丢失目标。（3）当背景灰度不均匀，一帧图像出现多个目标时，采用全局阈值法进行预处理，不能兼顾图像条件，影响分割效果，容易导致误识别目标或目标丢失。(4)当背景中有乌云、鸟类、树影等干扰目标，使得一帧图像中出现多个目标时，目标图像杂乱，降低了获取有效目标几何参数的效率。(5) 特殊情况下，当目标图像中存在断点时，无法获取该位置接触线的几何参数。第三章接触网非接触检测系统计算方法针对当前非接触检测系统存在的一些需要改进和完善的问题，本文通过对自适应控制和自适应识别技术的研究，提出了一系列改进算法。3.1 平行定位计算方法在

35、本设计中，将检测系统中两个摄像头在屋顶的安装方式改为集中水平安装，对称布置在屋顶中心线的两侧。摄像机主光轴平面与车顶平面的夹角为90 。 ，不易产生角度安装误差。由于两台摄像机水平安装，其主光轴必须平行，所以这种安装方式对应的定位计算方法称为平行定位计算方法。3.1.1定位算法根据接触线相对于相机镜头主光轴的位置差异，定位计算可分为接触线位于1#和2#的主光轴中间摄像头，位于1#摄像头主光轴左侧，位于2#摄像头中。主光轴右侧有3种情况。3.1.2 检测范围由于电力机车受电弓的工作高度5183mm-6683mm约为1250mm，因此受电弓度数为1250mm。即在受电弓的工作高度，625mm至少应

36、能在中心线附近检测到接触线的位置，如图3-1图 3-1 矩形区域3.2 自适应算法在日常生活中，自适应是指生物体可以改变习惯以适应新环境的一种特征。自适应算法是指系统可以根据不同的情况，自动、快速地调整其原有的行为特征，以适应物体的变化和干扰。下面从白自适应控制和自适应识别技术入手，阐述基于自适应算法对原有检测系统的改进思路。自适应控制任何真实系统都有不同程度的不确定性。自适应控制的研究对象是具有一定不确定性的系统。描述受控对象及其环境的数学模型并不完全确定，包括一些未知的和随机的因素。从系统部门的角度来看，设计者不一定事先就知道准确描述被控对象的数学模型的结构和参数；从系统外部看，外部环境的

37、影响是不可预测的，可以等效地用扰动来表示。此外，一些测量设备进入系统时，与被测量的目标相关的不确定性。面对这些客观存在的各种不确定性，如何进行适当的控制，使输出结果达到并保持最优或近似最优，是自适应控制要解决的问题。自适应控制是一种基于数学模型的控制方法。它基于关于模型和干扰的相对较少的先验知识。它需要在系统运行过程中不断提取相关信息，并根据对象的输入输出数据不断上线。识别模型参数，逐步完善模型。随着过程的继续，通过在线识别，模型会越来越准确，越来越接近现实，控制系统也将具备适应能力。传统的反馈控制系统还具有一定的抑制系统特性变化和外部扰动影响的能力。但是，由于控制器参数是固定的，当系统的特性

38、发生变化或外部扰动范围发生较大变化时，系统的性能就会降低。通常会出现急剧下降，甚至不稳定。接触线作为检测目标，是一个具有很多不确定因素的物体。从系统部门的角度来看，描述接触线的数学模型的结构和参数可能无法提前准确知道。同时，天桥、隧道、鸟类、乌云等外部环境，以及悬链线定位支撑装置，都会对探测产生影响，其中很多是不可预测的。在测量过程中，照明光源的延迟开启和关闭、多个目标的出现、目标间断等不确定因素随时进入检测系统。因此，对于接触线的特性或扰动特性变化幅度较大，同时要求保持高性能指标的检测系统，宜采用自适应控制。(2) 自适应识别根据相机拍摄的一帧灰度图像是采用统一阈值预处理还是对图像不同区域采

39、用不同阈值进行预处理，可分为全局阈值法和自适应阈值法（也称为局部阈值法） .当图像中背景与目标灰度差异较小、多个目标共存、存在阴影、光照不均、背景灰度变化等情况时，只使用固定的全局阈值分割一帧灰度图像.由于无法考虑到图像各个部分的情况，会影响分割效果，从而导致目标的错误识别或目标的丢失。自适应阈值法是利用一定数量的像素组成一个阈值段，对一帧灰度图像进行分割，然后用特定算法对每个阈值段提取阈值进行图像预处理。与全局阈值法相比，自适应阈值法稍微复杂一些，但能较好地解决一些全局阈值法无法解决的问题。3.3 检测方法从上一节的分析可以看出，有必要在检测系统中引入自适应控制和自适应阈值。具体算法是利用自

40、适应阈值法对灰度值图像进行预处理，通过目标的灰度值和成像宽度来区分工作分支接触线等线索，根据镜头定律判断目标的空间位置成像，并根据有效目标点确定目标的空间位置。不断去除干扰目标，使检测系统具有自适应功能，根据系统和外部条件的变化，改变工作模式或硬件设备状态，保持工作条件切换准确，优化图像识别技术，获得高质量的图像识别技术。目标图，最终准确高效地计算出目标的几何参数。检测主要包括图像采集、图像预处理、目标获取、干扰目标消除、目标定位和几何参数计算等步骤。3.3.1图像采集安装在屋顶上的两台线扫描 CCD 相机同时扫描接触线目标，并分别捕获灰度图像。3.3.2图像预处理图像预处理采用自适应阈值法，

41、通过两种二值化处理方案分离目标和背景。其中，第一次二值化是将当前帧图像等长分割，对当前帧的所有像素灰度值进行二值化，得到有效阈值段及其阈值；第二次二值化是在有效阈值段内，对对应的图像再次二值化，找到目标区域。另外，在第一次二值化处理中，采用固定长度F。多阈值段划分方法虽然能较好地解决单阈值段中的误识别和目标缺失问题，但往往将一个目标划分为多个有效阈值段。为了避免识别为多个目标，有必要优化有效阈值段。3.3.3 获得目标根据识别出的目标在相机焦平面上的起止位置，确定目标的宽度和中心位置。在实际检测中，有时会因为光源开关的延迟、目标地图的局部断点、无效目标的存在而影响目标的定位计算。因此，为了提高

42、识别目标的质量，需要在获取目标之前对光源的开闭、断点连接以及多目标识别进行有效控制。1. 光源的自适应控制白天探测时通过隧道、桥梁时，往往会因光源开启延迟而丢失探测目标。但是，当一直打开光源进行检测时，当背景亮度较高时，背景与目标之间的灰度差异会减小。 ，导致目标丢失。这个问题可以通过软件方法解决。根据检测断面的隧道、桥梁等跨线建筑物的起止公里标记，提前建立数据库。当即将进入隧道、桥梁前一定距离时（由延误时间和列车速度决定），通过光源控制卡自动开启光源。 ，逐渐增加光源的照度，在进入隧道或桥梁的瞬间将光源的照度增加到规定值。在离开隧道、桥梁等建筑物前一定距离，逐渐降低光源的照度，在离开隧道或桥

43、梁的瞬间，关闭照明光源，实现照明光源的开启和关闭，对光源的照度进行自适应控制，从而保证光源的开启和关闭时间。2.目标断点的自适应延续当目标图中存在断点时，无法确定接触线的中心位置，但通过事后补偿的方法连接断点，可以近似确定目标的中心位置，然后几何可以获取断点的参数。3.4 系统实现改进后的接触网非接触检测系统仍由线阵CCD相机、照明光源和终端计算机处理三个子系统组成。检测系统架构略有变化，如图 3-2 所示。图3-2 检测系统架构上图3中集中式和水平布置的系统架构的硬件选型与原系统一致。通过自适应算法对图像分析和光源控制两个模块进行了改进。系统开始工作后，经过图像采集、图像预处理、目标获取、去

44、干扰等步骤，得到基于自适应算法的目标地图，再通过定位计算得到目标的几何参数。第四章系统误差分析在实际测量中，人们对客观事物认识的局限、测量仪器的不准确、测量方法的不完善、测量环境条件的变化和测量工作的失误都会导致测量结果与被测量的真实值存在一定的差异。 ，导致测量误差。错误按性质和来源可分为系统性错误、偶然性错误和疏忽性错误。(1) 系统误差是指由于测量仪器不完善、有缺陷，未按照规定条件、不符合要求的试验理论、试验方法或试验条件以及观察者的个人习惯使用而引起的误差。在一系列测量中，这类误差的大小和符号保持不变或有一个固定的规律。根据具体的测试条件和系统误差的特点，找出误差的原因，并采取适当的措

45、施降低误差的影响。（2）随机误差（意外误差）是由一些不易控制的因素造成的，如测量值的波动、测试人员的熟练程度、感官误差和外部条件的变化等一系列问题。在一系列测量中，此类误差的值和符号是不确定的，无法消除，并且大多数统计性质服从正态分布。随着测量次数的增加，随机误差平均值变得越来越小。因此，通常使用增加测量次数来减少此类误差的影响。（3）疏忽错误（negligence errors）主要是由于测试人员的粗心造成的，如读数错误或操作错误。这样的误差往往与正常值有很大的不同，也明显超过正常条件下的系统误差和随机误差。 .这种误差可以通过提高检测系统的自动化控制程度，减少人工参与来消除。由于系统误差具

46、有一定的规律性，是可以预测和控制的，所以下面重点对系统误差进行分析。在误差理论中，准确度用来表示系统误差大小的程度。测量结果的准确度是指测量结果与被测真值接近的程度。准确度是通过误差来衡量的。错误可分为绝对错误包和相对错误巨人，分别表示为实测真值 4 是一个理想的概念。在实际测量过程中，由于各种主客观因素的影响，往往无法准确知道真值。因此，通常使用常规真值代替真值来计算误差，则方程（4-1）和（4-2）演变为相对误差被列为在实际的接触网几何参数检测过程中，系统的测量误差由静态误差和振动误差组成。静态误差是车身中心线与线中心一致时，间接测量拉出值和高度引入的计算误差和设备误差。影响因素包括以下两

47、个方面：一是测量过程中采样点位置不同；第二，测量过程中相机工作背景的影响。振动误差是由于在运动中测量时车身中心线与中心线的偏差，是一种随机误差。4.1 两台相机采样点位置不同造成的误差当列车高速运行时，输入数据处理子系统进行计算的图像数据可能不是接触线同一点的图像信息，而是相隔一定距离的不同点的图像信息。如图 4-1 所示，相机 C 将采样点 A 的数据送入数据处理子系统，相机 C 将采样点 B 的图像数据送入数据处理子系统。两点 A 和 B 在相机中。成像特性会发生一点变化。这时，应用A、B图像的目标参数来检测接触线的几何参数，必然会产生测量误差。(a) 接触线高度误差分析图 (b) 接触线

48、拉出值误差分析图图4-1 不同采样点位置造成的误检分析受接触线实际布局的影响，当两个摄像头的采样点位置差异较大时，摄像头C在B点采样时得到的图像数据与摄像头C时得到的图像数据相同在 A 点采样。相比之下，相机中成像的接触线目标点的起始位置和图像宽度会有所变化。假设摄像机C，图像数据中目标物体成像位置的偏移量为血液，像素宽度的变化量为w。 IV：在公式（2-7）中会改变：接触线拉出值为：接触线高度：接触线拉出值的变化：接触线高度的变化：4.2 COD相机工作环境的影响及分析在接触线几何参数的检测过程中，由于摄像头视野中可能包含整个接触悬索的各个组成部分，悬索、承重索、腕臂、中心锚段、定位管、定位

49、器、软硬跨和桥梁上部结构成为检测系统的干扰目标，给整个检测工作带来很大的干扰，也在一定程度上降低了系统的稳定性。为了有效地保存检测目标的信号，需要分析悬链线的结构和各成像部件的特性。吊柱垂直安装对目标成像影响不大。承重电缆与接触线的布置相似，是识别接触线目标的主要干扰因素。承重电缆表面较脏，底面呈柱状弧形，对光的反射性较弱，因此承重电缆的目标图像宽度较小，边缘过于光滑；列车运行过程中，由于接触线与受电弓的摩擦，磨损面光亮，排放性能远高于其他物体，磨损面边缘几何形状过于陡峭，相机内成像信号电平高，接触线目标成像边缘明显，斜率大。从尺寸上看，与背景中的腕臂、软硬跨度、桥梁上部结构等几何尺寸较大的干

50、扰目标相比，接触线的最大宽度相对较小。只有承重电缆与接触线类似，但承力电缆在接触线上方，距离相机较远。由几何光学可知，照度与距离成反比，因此目标图像信号的幅值比较平滑。在悬链系统的支撑部分，可以成像的主要有腕臂、变位器、跨越软硬的定位管，但由于大部分都与轨道方向垂直，所以只有接触线方向零星，光的反射性能差，成像范围广，所以接触线目标的识别和跟踪可以忽略不计。对于锚固节段接头处的目标识别，在三跨节段的接头处，受影响的干扰目标除了工作支索外，还有非工作支座的接触线与荷载连接- 承载电缆；对于四锚节段接头，还有一个电气节段。 ，结构较复杂，但成像分析与三跨段相似。线分叉的情况也和anchor seg

51、mentjoint处的检测非常相似，可以利用工作分支和非工作分支的差异来进行目标识别和跟踪。如果检测系统在启动时位于锚节段的关节处，则成像中可能存在工作分支和非工作分支。在与悬架接触的零件中，工作支路的接触线最靠近摄像机，工作支路和非工作支路在锚段的接头处互换。使用获取的目标信息更容易确定接触线的位置。在接触线的工作支路和非工作支路的过渡处，由于工作支路和非工作支路平行且高度相近，因此无法确定目标接触线。此时可以在锚段的关节处进行双线检测，即认为两条接触线为目标。是有效的。4.3 机车振动的影响及分析4.3.1 车辆运行振动分析运行列车是一个带有弹簧悬挂装置的多自由度振动系统。在实际线路上运行

52、时，会出现复杂的振动现象。然而，振动理论的研究和实践表明，这种复杂的振动是多种基本形式。振动的综合结果。车身的振动形式有：上下振动、偏航振动、拉伸振动、摇头振动、倒立振动、侧倾振动等。安装在机车顶部的检测装置在正常检测过程中会随车体振动，因此采集的检测数据会受到车辆振动的影响。车辆振动是一个非常复杂的课题。同一辆车，不同的线路等级和线路状态，有不同的振动情况：同一辆车，同一条线路，不同的行进速度，不同的振动；不同的车辆有不同的条件。因此，车辆振动是一个不可预测的随机变量，在最终的数据处理中必须考虑车辆振动的影响。理论分析和操作实践表明，在影响拉出值振动横向位移的众多因素中，决定性影响的是车身的

53、侧倾振动，最严重的是下侧振动，其次是横向振动。4.3.2 车辆振动效应补偿如果5700mm计算接触线的正常工作高度，车体以圆盘中心为转动中心，车体滚动一个小角度，受电弓的中心也会随着每一个滚动方向。如果中心盘远离轨道面，则按5000mm计算方法计算。然后当车身倾斜10 时，受电弓的中心水平横向偏移。车身倾斜20时，受电弓中心水平横向偏移车身倾斜30时，受电弓中心水平横向偏移从以上数据可以看出，车辆滚动形成的受电弓中心水平横向偏移（车身倾斜度）非常严重，应将车辆的滚动振动视为受电弓的水平偏移量（拉出值）。 ) 动态补偿的重点。综上所述经过几年的研究和实践，我国基于图像处理的接触网非接触检测系统取

54、得了长足的进步，但仍不能很好地适应接触网设备的高速检测。图像处理的目标识别精度和技术参数获取的效率仍有待进一步提高。本文研究了当前基于图像处理的接触网非接触检测系统。在系统硬件设备选型和软件模块不变的基础上，介绍了自适应控制技术和自适应阈值方法，并采用了多阈值。图像分割采用分割和自适应阈值法，提高了图像预处理的效果；利用跟踪分析识别和排除干扰目标，提高了有效目标识别效率和几何参数获取速度；摄像头水平设置，降低了安装难度，消除了安装角度误差对检测结果的影响；使用数据库软件控制光源的开关时间，解决光源开关延迟导致的目标丢失问题。通过上述系列创新研究和改进工作，检测系统的目标识别精度和技术参数获取效

55、率得到显着提升。经过系统误差分析，系统受采样频率和两台相机不同步的影响很小，可以忽略不计。但由于所用相机分辨率较低，目标识别宽度与目标实际成像宽度存在差异，造成的误差更为明显。小错误。在今后的工作中，该系统还存在一些问题需要不断研究和完善。（1）车辆振动对几何参数检测的影响本文没有系统研究，但在接触检测中有比较成熟的振动补偿方法可供参考。如何实现还需要进一步的研究和实践。（2）对于有限数量的目标损失，如何更准确的获取接触线的高度和断点处的拉出值；在多个线索目标的情况下，如何更好地提高有效目标的识别效率等问题仍需进一步研究解决。(3)本系统主要检测接触线的几何参数，没有硬点、离线等动态参数检测功

56、能，未来需要在这方面做进一步的研究工作。至本文是在导师的悉心指导和严格要求下完成的。从论文选题、资料收集、文献阅读到论文撰写，凝聚了导师的所有心血和汗水。在这里，我要向表达我最诚挚的心意！老师知识渊博，学风严谨，品德高尚，我由衷钦佩；老师理论与实践相结合的研究方法，以及锐意进取的创新精神，让我受益匪浅，对我以后的工作和学习也将产生深远的影响。在我写论文的过程中，有很多同学给予了热情的帮助和具体的指导。同时，感谢同事们在工作和学习中给予的关心和支持。最后，感谢我的家人。他们对我学业成功的期许，是我在忙碌的工作中坚持努力学习、保持自信的动力源泉。参考1 唐龙.高速铁路接触网检测若干关键技术研究J.西南交通大学博士论文, 20062 金珠 2003年68个国家和地区电气化里程和电气化率。世界轨道交通，2004(6)33 于万