列车轮轨位移图像检测与运行安全评价

随着列车运行速度的不断提高，列车运行的安全性、稳定性等动力学问题越来越突出，如何利用现代的技术手段完成列车运行安全状态的监测与评价，是目前铁路系统科研和运营管理部门普遍关心的重点问题。本书在研究传统安全性评价准则的基础上，通过分析轮轨间几何位置和传统安全评价标准之间的联系，提出一套基于轮轨相对位置关系的列车运行安全状态评价方案，设计了基于于现代优选的计算机技术和视频图像处理技术的轮轨横向位移、垂向位移、摇头角、冲角等参数的检测系统，并通过多体动力学软件VI-Rail仿真分析验证了基于轮轨位移的列车运行安全评价方法的可行性。

前言
第1章 绪论 1
1.1 列车运行安全监测与安全评价的研究背景及意义 1
1.2 列车运行安全监测与安全评价的国内外研究现状 2
1.2.1 列车轮轨相对位移产生的原因 2
1.2.2 列车运行安全监测的国内外研究现状 4
1.3 国内外脱轨研究现状 7
1.3.1 国外脱轨研究现状 7
1.3.2 国内脱轨研究现状 8
参考文献 9
第2章 基于激光源的机车轮轨相对横移图像检测 12
2.1 图像采集系统设计 12
2.1.1 图像采集系统 13
2.1.2 图像尺度变换 14
2.2 图像处理及特征提取 15
2.2.1 图像预处理 15
2.2.2 图像二值化分割 15
2.2.3 图像滤波 16
2.2.4 圆拟合 16
2.3 实验数据处理及误差分析 18
2.4 结论 19
参考文献 20
第3章 基于改进Hough变换的轮轨相对横移图像检测 21
3.1 系统组成和设计原理 21
3.1.1 系统组成 21
3.1.2 设计原理 22
3.2 基于精简粒子群优化的Hough变换算法原理与缺陷 23
3.2.1 Hough变换算法 23
3.2.2 精简粒子群算法 26
3.2.3 基于精简粒子群优化的Hough变换算法结构图 28
3.2.4 原算法的局限性 30
3.3 基于粒子群优化的Hough变换算法的改进 31
3.3.1 改进算法的原理 31
3.3.2 车轮图像检测结果对比 34
3.4 激光点检测 36
3.5 实验数据处理及误差分析 38
参考文献 43
第4章 基于车载式相机的机车摇头角图像检测 45
4.1 检测系统组成及原理 45
4.2 图像中车轮椭圆提取 49
4.2.1 采集图像预处理 49
4.2.2 基于RED算法的车轮椭圆特征检测 51
4.3 实验数据处理及误差分析 53
参考文献 54
第5章 基于激光线检测的轮轨冲角检测 56
5.1 检测方法原理 57
5.2 轨道边缘线的检测算法 58
5.2.1 图像获取及校正 58
5.2.2 Meanshift聚类平滑算法 59
5.3 激光线的检测 62
5.4 轮轨冲角检测 63
5.4.1 轮轨冲角的模拟仿真 63
5.4.2 手动测量与系统测量对比 65
5.4.3 测量精度分析 66
参考文献 67
第6章 基于双目视觉车轮姿态提取的轮轨位移检测 69
6.1 双目视觉系统模型 70
6.1.1 三维特征点与图像坐标的映射关系 70
6.1.2 两正交相机坐标系的转换关系 71
6.2 轮轨位移检测模型 72
6.2.1 轮轨位移检测步骤 72
6.2.2 轮轨位移检测原理 73
6.3 相机系统的参数标定 74
6.4 车轮边缘的图像检测 76
6.4.1 车轮的内外边缘检测 76
6.4.2 基于改进型随机Hough变换的轮缘检测 77
6.5 实验结果分析 78
6.5.1 实验可行性分析 78
6.5.2 位移检测结果分析 80
6.5.3 实验误差分析 82
参考文献 82
第7章 基于VI-Rail软件的车辆动力学建模与仿真 84
7.1 VI-Rail软件简介 84
7.2 CRH2C动车组拖车模型的建立 84
7.3 轨道模型的建立 91
7.4 轮/轨接触模型的建立 91
7.5 模型的验证 91
7.5.1 预载分析 91
7.5.2 线性分析 92
7.5.3 动力学仿真 93
7.6 非线性临界速度 100
参考文献 101
第8章 基于轮轨间几何位置的脱轨状态评价 102
8.1 轮轨间几何位置关系与脱轨的静态分析 102
8.1.1 以轮轨接触位置的不同状态来分析 102
8.1.2 以车轮抬升量为分析源 103
8.2 基于爬轨的轮轨几何位置关系与脱轨的动态分析 104
8.2.1 轮轨间几何位置关系与脱轨机理的时域分析 104
8.2.2 轮轨间几何位置关系与脱轨机理的参数轨迹变化分析 106
8.3 基于跳轨的轮轨几何位置关系与脱轨的动态分析 109
8.4 轮轨间几何位置关系引为脱轨评判指标的分析 112
8.4.1 轮轨间几何位置关系引为脱轨评判标准的可行性探讨 112
8.4.2 轮轨间几何位置关系假定为脱轨评判标准的确定 116
参考文献 122