基于激光位移的钢轨磨耗动态检测方法研究

《基于激光位移的钢轨磨耗动态检测方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代号10532学号B1109Z001分类号U216.3密级公开博士学位论文基于激光位移的钢轨磨耗动态检测方法研究学位申请人姓名李艳福培养单位电气与信息工程学院导师姓名及职称刘宏立教授学科专业电路与系统研究方向智能感知与信息处理论文提交日期2018年4月28日学校代号：10532学号：B1109Z001密级：公开湖南大学博士学位论文基于激光位移的钢轨磨耗动态检测方法研究学位申请人姓名：李艳福导师姓名及职称：刘宏立教授培养单位：电气与信息工程学院专业名称：电路与系统论文提交日期：2018年4月28日论文答辩日期：2018年5月30日答辩委员会主席：李树涛

2、教授ResearchonDynamicMeasurementMethodofRailWearBasedonLaserDisplacementSensorsbyLIYanfuB.E.（HunanUniversity）2011AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringinCircuitsandSystemsintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorL

3、IUHong-liApril,2018博士学位论文学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本章的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被

4、查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在______年解密后适用本授权书。2、不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I基于激光位移的钢轨磨耗高精度动态检测方法研究摘要随着我国铁路网规模的快速发展，基于机器视觉的钢轨磨耗无损动态检测技术，已取代传统的接触式静态检测方法，成为提高铁路线路维护效率的重要手段。然而动态检测过程中，恶劣复杂的室外线路环境、车体的多自由度随机振动和传统检测方法的

5、先天不足，都对钢轨磨耗的准确获取带来了严峻的挑战。如何在一系列干扰下实现钢轨磨耗的快速精确检测，一直以来都受到了国内外高等院校和铁路科研单位的广泛关注。本文通过使用2D和1D激光位移传感器搭建相关测量平台，围绕影响钢轨磨耗动态检测精度的数个实际问题展开全面而深入的研究，主要的研究成果列举如下：(1)通过使用测量平台在室内外测试线路上进行大量的实测实验并汇总分析相应的测试结果，本文发现了钢轨磨耗常规计算流程在实际动态检测中面临的一系列问题，明确了这些问题对磨耗精确测量的影响，为后续各章对这些问题一一展开研究奠定了坚实的基础。(2)针对现场测试中钢轨断面轮廓

6、一方面受钢轨表面油脂层、光亮区域和路基、扣件等无关区域反射引起的曲线离群点较多，另一方面受线路形态多样性可能引起的廓形无效问题，本文提出一种基于轮廓粗配准的离群点及有效廓形快速检测算法。该算法先对轮廓曲线进行分裂，消除了曲线中大部分的稀疏离群点；再对剩余轮廓段进行合并，将属于同一区域的拼接为一段，然后进行区域凹凸性检验，根据连续凹凸和点数最大原则确定潜在轨头轨腰区，实现潜在区域与标准轮廓的粗配准；最后根据配准后两个轮廓间的轨腰相似度实现了有效廓形的识别，在此基础上将原始测量轮廓与标准轮廓重配准，根据轮廓间相对距离实现了离群点的有效去除。(3)针对动态检测

7、中车体振动可能引起2D传感器激光平面不再垂直于轨道纵向时造成的断面测量轮廓仿射失真问题，本文提出了两种不同的轮廓失真校准方法。第一种方法根据失真轮廓与正常轮廓的差异主要集中于轨颚点、轨头直线和轨腰区三层基元的特点，提出一种新的曲线相似度计算方法——点集映射，来定量评估这个差异，再将这个差异代入改进版粒子群算法迭代优化，最终实现了失真轮廓的精确校准。本质上讲，该方法是一种基于区域匹配的方法。相比之下，第二种方法是一种基于寻找匹配特征点的方法。该方法通过结合轨颚和轨底两个特征点在轮廓轨腰曲线上构造凸壳，利用仿射不变性构建仿射不变特征向量，实现了特征点对的快速

8、提取与仿射参数的求解。同时，该方法考虑到钢轨的生产误差，提出使用测量正常轮廓作为