全視覺高速鐵路扣件缺失系統(tǒng)軟件設計及算法研究.pdf

1、鐵路安全一直在國家的交通安全擔當著重要的角色,尤其是在當今高速鐵路建設的飛速發(fā)展之際,鐵路安全的重要性尤為突出。溫州動車追尾事件后,我們?yōu)榇烁冻隽藨K痛的代價,鐵路安全也再次刺激了人們的神經(jīng)。然而,當前高鐵的維護機制基本上還是舊有的模式,如鐵路扣件缺失的人工檢測方式(即靠巡道工人的沿線目視巡查)和落后的信號系統(tǒng),這些已經(jīng)不能再滿足高速列車的安全監(jiān)測要求。
　　如何利用現(xiàn)代科學技術實現(xiàn)快速而準確的扣件探測成為一項重要課題。目前,國際上

2、普遍采用計算機視覺技術實現(xiàn)扣件自動探測,其中探測速度最快的當屬上海交通大學提出的基于模式識別和高速并行處理算法的實施在線探測系統(tǒng)。
　　本論文以鐵道部“高速鐵路軌道扣件缺失探測”方法與系統(tǒng)研究為項目背景,在已有的在線探測系統(tǒng)上進行系統(tǒng)改進及優(yōu)化。這個系統(tǒng)采用左右兩個視覺探測器和一個控制系統(tǒng)組成。即在高鐵檢測列車體底部安裝圖像傳感器,分別監(jiān)測左右兩個鋼軌的扣件狀態(tài),再將檢測信號送入車載處理系統(tǒng),進行圖像處理、識別判斷并存儲和輸出,最

3、后添加位置信號把報警信號送至人工監(jiān)測處理中心。
　　本文的主要研究內容是探討探測系統(tǒng)的整體軟件設計方案,分析并設計軟件系統(tǒng)的各組成部分,同時重點研究了全視覺自適應扣件定位識別算法,實現(xiàn)鐵路扣件的自動化在線同步檢測。本論文的軟件分成相互獨立的三層結構,界面層、控制層、模塊層,其中模塊層包含若干獨立的功能模塊。對每層需要實現(xiàn)的功能以及實現(xiàn)方法進行分析,實現(xiàn)軟件系統(tǒng)的模塊化設計。本論文也通過對扣件采集規(guī)律的觀察和仿真,提出了自己的一套基

4、于圖像序列的視覺同步定位算法,來對高速運行列車如何同步定位扣件的問題提出解決方法。最后,為了能較好地解決高速列車扣件檢測中光照不勻的問題,本文通過綜合分析同態(tài)濾波法、Retinex增強法等幾種常用的圖像增強方法,并結合自適應灰度修正方法,進而提出了一種基于GPU并行運算的快速簡便多維灰度修正自適應算法。與其他傳統(tǒng)算法相比,在不影響實時圖像處理效果的前提下,灰度修正算法的計算速度提高了5倍以上。
　　在上述軟件設計及算法研究的基礎上