基于线结构光的跨座式单轨交通接触网磨损三维检测研究

摘要

接触网是跨座式单轨交通的重要组成部件，它承担着向列车提供电能的重要功能。在列车运行过程中，接触网导线的过度磨损可能使列车出现电力供应不足甚至产生断电，严重威胁列车的安全运行和人民的生命财产安全。因此，接触网的磨损量是跨座式单轨交通日常维护中必须掌握的重要参数。跨座式轨道交通接触网的构造和安装与电气化铁路不同，其接触网磨损的检测系统也需要根据其特点来设计。
　　本文充分分析和研究了国内外电气化铁路、地铁及单轨交通接触网磨损检测的原理和方法，深入研究了线结构光三维测量的原理和数学模型，并结合跨座式单轨交通接触网的结构特点，研究了一种基于线结构光的跨座式单轨交通接触网磨损三维检测方案。
　　本方案主要由图像采集系统、图像处理系统两大部分组成。图像采集系统负责线结构光图像的采集和保存，它包括线激光器、摄像机、光电编码器和图像存储与显示系统。在图像采集系统中，本文通过分析对激光器、光电编码器、摄像机以及镜头等部件进行了选型，并尽量保证各个部件之间工作参数的匹配。
　　在图像处理系统中，本文主要研究了线结构光光条中心提取和接触网的三维重建。首先利用中值滤波去除图像中大部分的椒盐噪声，然后结合极值法速度快的优点和灰度重心法精度高的优点，分两步来提取光条的中心：第一步利用极值法粗略提取光条的中心，第二步利用灰度重心法进行精确提取，然后根据图像坐标系、摄像机坐标系和世界坐标系之间的关系计算出提取的光条中心的三维坐标数据。最后为了满足接触网可视化的要求，采用Delaunay三角剖分翻边算法对得到的三维坐标数据进行表面模型重建，得到了接触网导线的三维模型。
　　最后，搭建了系统的硬件平台，编写了基于线结构光的跨座式单轨交通接触网磨损三维检测系统软件，并进行了实验验证。实验结果表明，本系统的检测精度可以达到?0.5mm，鲁棒性强，能够比较准确地检测出接触网的磨损量并重建接触网的三维模型。

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英文摘要

目录

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容及论文结构安排

2 整体方案设计及原理

2.1 整体方案设计

2.2 线结构光三维测量原理与数学模型

2.3 系统硬件设计与实现

2.4 本章小结

3 摄像机标定

3.1 引言

3.2 摄像机标定原理

3.3 基于平面模板法的摄像机标定原理与实现

3.4 本章小结

4 图像采集与预处理

4.1 图像采集

4.2 图像灰度化

4.3 图像噪声分析及去噪

4.4 本章小结

5 线结构光光条中心提取与三维重建

5.1 线结构光光条的特性

5.2 线结构光光条中心提取方法

5.3 本文所用的方法

5.4 三维重建与磨损量的计算

5.5 系统实验及分析

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录 作者在攻读学位期间发表的论文目录