非接触式接触网几何参数检测系统研究

摘要

随着我国电气化铁路事业的飞速发展，城市轨道交通及大铁路对高速接触网动态特性的要求日益提高。由于高速动态检测所获得的参数与中低速有较大差别，前者更能反映列车高速运行的实际、也更具参考价值，从而使得不断开发、应用更先进的高速动态接触网检测技术以实现对铁路运行质量的评判研究受到越来越多的重视。 本文在研究国内外现有接触网检测方法的基础上，针对目前接触网几何参数检测中存在的问题与不足，提出了利用由二维激光雷达对视距内障碍物所产生的轮廓曲线加以目标识别、运动跟踪以达到获得接触网几何参数目的的非接触式检测方案。这样，由于检测实现的非接触性，此测试系统就能同时具有两种工作模式：其一是动态参数测试模式，即在检测车的模拟受电弓与接触网实际接触的条件下进行测量；由于激光雷达装置安装于车体顶部，检测车模拟受电弓除自身重量外，不受其它附加质量的影响，因而可以保持良好的动态跟随特性，使检测数据非常接近列车实际运行时的状况。其二是静态参数测试模式，即在无需模拟受电弓和接触线接触的情况下进行接触网参数的测量；此状况下，接触线不会产生由受电弓压力引起的抬升和振动，完全处于自然状态，所以此时测得的参数基本接近静态值。此外，两种状态下的测量数据除了能够分别独立应用于动态品质研究或静态检修维护外，还可进行综合对比，以便为动态品质的分析研究提供更加直观、可靠的基础。 本文方案实现大体过程如下：首先对系统的硬件设备进行了选型及功能设定，即采用了基于光束飞行时间测距原理的高频激光雷达作为数据采集单元，接口丰富、数据处理能力强大的嵌入式电脑作为前端处理器，稳定可靠的工控机作为数显、运算、输出及交互终端；出于实时性及灵活接口的考虑，设计了基于上述硬件设备的多种连接方式。随后，针对检测原理、误差影响因素、数据有效性控制方法，及不同安装方式对检测结果的利弊影响等分别进行了讨论；针对测得的检测参数，采用并比较了几种常用的数字滤波器。此外，以软件工程思想为指导，软件工程技术为依托，对系统检测软件进行了分析、设计与实现；经现场测试，及与接触式检测结果的对比，验证了本设计方案的合理性与可行性。

目录

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第1章绪论

1.1接触网几何参数检测系统简介

1.2国内外接触网检测技术研究现状

1.2.1国内外接触网检测技术发展概况

1.2.2接触网几何参数检测方法分类

1.3论文的技术路线及主要研究工作

1.3.1开发背景与技术路线

1.3.2论文工作与章节安排

第2章系统硬件结构设计

2.1系统功能及技术条件

2.1.1系统检测对象与设计原则

2.1.2系统的检测与输出功能

2.2系统硬件结构与工作原理

2.2.1激光雷达类型、检测原理与接口

2.2.2嵌入式电脑与接口

2.2.3工控机接口与数据采集

2.3系统硬件方案设计

第3章接触网参数检测原理

3.1接触网测试参数及其计算方法

3.1.1导高与拉出值的测量

3.1.2双支接触线的间距与高差的测量

3.1.3定位管坡度的测量

3.1.4侧面限界的测量

3.1.5线岔始触点高差的测量

3.2目标识别与跟踪

3.2.1基于目标轮廓几何特征的识别算法

3.2.2基于α-β-γ运动目标预测的跟踪算法

3.3系统检测误差分析与有效性控制

3.3.1激光雷达安装与工作模式对检测的影响

3.3.2列车运行速度与振动对检测的影响

3.3.3数据误码及CRCl6校验

3.3.4扫描范围控制策略

3.3.5噪声信号的数字滤波方法

3.4检测数据的定位方法

第4章软件设计

4.1激光雷达检测工作流程

4.2嵌入式电脑数据预处理与传输

4.3上位机数据处理与交互实现

4.3.1系统启动封面编码与操作界面设计

4.3.2系统菜单栏、工具栏与状态栏的实现

4.3.2系统模式选择面板与线路数据库的实现

4.3.3系统接口面板控制的实现

4.3.4系统弓网模拟窗显示的实现

4.3.5系统轮廓曲线监视窗与波形分析窗的实现

4.3.6系统波形设置与波形显示面板的实现

4.3.7系统检测数据与报表生成面板的实现

4.3.8系统软件界面的XP风格化

4.4实测数据处理与交互实现

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果