融合攝影測(cè)量與激光掃描技術(shù)的隧道全斷面高速動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、隨著高等級(jí)鐵路建設(shè)的發(fā)展，鐵路隧道的建成量正以空前的速度增加。為了應(yīng)對(duì)線路繁忙運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下的隧道安全檢測(cè)，本論文提出了一種融合攝影測(cè)量與激光掃描技術(shù)的車載隧道全斷面測(cè)量系統(tǒng)方案。系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是基于三角測(cè)量原理，用多個(gè)線形激光器拼接掃描隧道洞體表面輪廓，利用多個(gè)高速工業(yè)相機(jī)同步拍攝激光光帶圖像，并采用高速圖像處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理，從而實(shí)時(shí)地得到隧道的空間斷面尺寸。
　　 論文介紹了高速隧道全斷面檢測(cè)系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，包括

2、系統(tǒng)的測(cè)量原理、總體方案、各重要器件的選型、軟硬件各自實(shí)現(xiàn)的功能、采用的關(guān)鍵技術(shù)等。重點(diǎn)介紹了對(duì)復(fù)雜圖像處理算法的硬件實(shí)現(xiàn)，軟件控制程序的流程，測(cè)量及標(biāo)定的算法。最后通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可靠性。
　　 在實(shí)時(shí)圖像處理上，由于本系統(tǒng)的斷面采樣頻率要求達(dá)到每秒300幀，傳統(tǒng)的通用軟件算法的處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的要求。因此本文開(kāi)發(fā)了基于FPGA的硬件處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的處理算法，以滿足實(shí)時(shí)性要求。系統(tǒng)的硬件處理算法包括多層次圖

3、像濾波、形態(tài)學(xué)處理、大規(guī)模同步運(yùn)算等，并利用流水線架構(gòu)提高硬件處理的速度。
　　 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)基于Dalsa公司的Sapera LT類庫(kù)，論文介紹了利用該專有類庫(kù)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)的方法，并實(shí)現(xiàn)了斷面測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，包括對(duì)相機(jī)的配置接口，對(duì)圖像處理卡的控制接口，以及對(duì)處理結(jié)果的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和顯示等。
　　 為了驗(yàn)證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室搭建了隧道模型測(cè)試環(huán)境。測(cè)試結(jié)果顯示了該系統(tǒng)在距離軌道中心基準(zhǔn)2m到4m的徑