高速铁路轨道车载近景影像的精确匹配与建模

研究目的:为改善高速铁路轨道几何状态检测的速度和效率,引入近景摄影测量技术检测轨道几何平顺性,而轨道影像的准确匹配是图像定向建模的重要技术环节。针对高速铁路轨道近景影像的图像特征相对较少、影像色彩信息较为单一、图像灰度数值具有较高的相似性、轨道边缘匹配较为困难,本文提出一种车载近景影像轨道边缘提取与精确匹配的算法,在分析轨道影像特征及其变化规律的基础上,获得轨道影像同名点之间的坐标几何映射模型,实现轨道影像的准确匹配。研究结论:(1)轨道边缘同名点垂轨向坐标呈三次函数模型关系,沿轨向坐标呈线性模型关系,通过建立同名点坐标的映射转换模型,可实现同名点的自动准确匹配;(2)边缘匹配算法通过试验影像计算出一个像对的转换模型后,可以应用于相同拍摄条件下的其余所有轨道影像;(3)试验结果表明,本文提出的轨道图像匹配算法具有较高的精度潜力,可改善高速铁路轨道影像在灰度信息高相似性时匹配困难的问题,为近景摄影测量检测高速铁路轨道几何平顺性提供重要的技术支持。     

高速铁路近景影像轨道边缘提取与匹配方法

近景摄影测量应用于铁路轨道几何平顺性检测具有较大潜力,为获得轨道几何状态参数,需对轨道数字影像进行定向与建模,本文探索一种高速铁路近景影像轨道边缘提取方法并构建轨道边缘线的同名点坐标映射模型。根据轨道数字影像的灰度信息与点位分布特点,利用Canny算法和概率Hough变换提取铁路轨道的内边缘特征,采用ORB算法与KNN算法匹配轨道表面同名点,建立轨道表面同名点的坐标对应关系。利用边缘线与轨道表面几何关系,构建轨道边缘线的多项式映射模型以匹配出边缘同名点。试验结果表明,该方法在轨道边缘识别与同名点匹配方面有较高的可靠性,可为高速铁路轨道几何状态检测提供影像处理技术支持。     

基于特征匹配的接触网定位支座检测

针对高速铁路接触网的定位支座识别问题,提出利用图像处理技术中的特征匹配的方法对接触网综合检测车采集的接触网图像进行定位支座的检测,采用3种常见的特征描述子分别对定位支座进行旋转不变和尺度不变的特征点检测,对SURF和ORB特征描述点用欧式距离进行匹配,采用汉明距离对FREAK描述子进行匹配。试验表明SURF的匹配效果最好,性能最佳,该方法能够进行实际运用。     

基于双向近景摄影测量检测轨道平顺度的计算模型

为改进高速铁路轨道几何平顺性精调的测量精度与效率,本文提出一种基于双向近景摄影测量检测轨道几何状态的方法,通过从铁路正、反向里程对轨道进行双向摄影,以轨道控制网CPⅢ作为像控点,采用严密的光束法区域网平差理论,对轨道双向摄影图像进行联合平差处理,探索出近景摄影测量检测轨道中线偏差和轨面高程的计算模型与精度评估方法。仿真试验结果双向摄影相对于单向摄影的横向与高程精度分别提高85%和42%。现场轨道试验段计算结果表明,双向近景摄影测量检测轨道的横向偏差测量精度为2.4mm,轨面高程精度为1.7mm,满足规范要求的轨道中线偏差与轨面高程测量精度指标,可为高速铁路轨道静态几何状态测量提供一种高效检测技术。     

高速铁路轨道几何状态的车载摄影快速检测方法与试验

为实现高速铁路轨道静态几何平顺性的快速检测与准确评估,本文提出基于车载近景摄影采集轨道数字图像以检测轨道线形的方法。采用轨面移动平台搭载数码相机采集连续高分辨率数字影像,以轨道板和轨道面稀疏布设的像控点作为约束条件,使用近景摄影测量空间解析几何模型,平差解算轨道测点三维坐标。仿真计算结果表明:车载近景摄影测量轨道平面坐标的精度为0.2mm,高程精度为0.3mm;在杭甬客运专线无砟轨道上的现场试验结果表明,车载摄影沿轨向测量的绝对坐标精度为0.6mm、垂直于轨向的精度为0.8mm,沿轨向的相对精度为0.2mm、垂直于轨向的相对精度为0.7mm,验证了车载摄影测量方法用于轨道静态几何参数检测的可靠性与高精度潜力。     

基于分段曲线模型的铁路轨道检测算法

针对现有铁路轨道检测识别算法的准确性和鲁棒性不高的问题,提出一种基于直线和双曲线相结合的分段曲线模型实现轨道线的检测、跟踪与验证。本算法首先依据轨道图像的边缘信息,通过多约束条件下的Hough变换初步检测轨道位置,确定轨道线消隐边界并标定近远景区域。然后,在近景区域,采用直线模型实现前方直轨拟合;在远景区域,融合轨间距离、轨道方向和像素灰度等先验知识构造边界置信度函数,设定可漂移窗口搜索算法完成特征点提取,以最小二乘法进行双曲线模型拟合。最后,依据模型切换及窗口搜索策略完成轨道线的跟踪。测试结果表明:该算法不仅较好地解决了弯轨描述问题,而且提高了检测的准确性和鲁棒性。     

轮轨力测量在高速铁路轨道检测中的应用研究

随着世界高速铁路的快速发展,高速铁路轨道检测技术已突破传统的轨道几何检测,朝着综合检测的方向发展。结合安装在我国新一代高速综合检测列车CRH380B-002的轮轨力检测系统在高速铁路轨道检测中的实际应用情况,介绍了我国在高速铁路轨道综合检测领域的最新研究进展———基于轮轨力测量的高速铁路轨道检测技术,并提出了一种基于轮轨力测量的高速铁路轨道状态评判方法。基于轮轨力测量的轨道检测技术通过安装在固定车辆(一般为轨道检查车)的连续测量测力轮对测量轮轨之间的相互作用力,从对车辆运行安全性和轨道疲劳寿命影响的角度对轨道状态进行检测,指导轨道日常养护。该技术是高速铁路轨道综合检测的重要组成部分,是对传统轨道几何检测的有效补充和完善,它的投入运用将更好的保障高速铁路的安全运营。     

多基线数字近景摄影测量技术在铁路勘测中的应用研究

多基线数字近景摄影测量技术打破传统摄影测量单基线原理,采用多基线巧妙地解决了交会角、匹配、精度这三者间在传统数字近景摄影测量中不可相容的矛盾,同时将空中三角测量及平差首次引入了近景系统。本课题按照多基线数字近景摄影测量系统的基本作业流程,研究其在太行山2号隧道出口进行1：500工点地形图的测绘应用,并对实验成果进行了数据比对和精度分析,研究了该技术在铁路勘测中的应用范围。     

基于计算机视觉技术的接触网定位器坡度动态测量算法

为实现对接触网定位器坡度的动态测量,提出基于计算机视觉技术的定位器坡度的动态检测算法。采用中值滤波算法和维纳滤波算法对拍摄到的图像序列进行图像预处理;对序列图像中的接触网定位器进行提取识别以及角点检测;选用NCC角点匹配算法对检测序列图像中检测到的角点进行匹配;在匹配角点的基础上,利用基于仿射不变性的直线匹配算法,对各幅图像中的直线进行匹配,从而可以自动获取图像序列中各图像直线的夹角,实现定位器坡度的自动动态测量并且减小了测量结果的不确定性。     

铁路工点地形近景摄影测量系统的误差改进研究

介绍铁三院自主研制的铁路工点近景摄影测量系统,该系统采用无控制点支持的近景摄影测量方法对铁路工点(隧道洞口)进行近景摄影测量,获取工点的等高线图和数字模型。针对该近景摄影测量数据获取的方式,分析原始数据获取的误差来源,并在此基础上进行平差算法和平差程序的研发,最终获取高精度的立体像对定向元素。     

应用YOLO深度卷积网络的轨道图像定位算法

将摄影测量技术应用于铁路轨道检测是未来轨检技术的发展趋势。对轨道图像扣件的快速定位,是判断扣件是否缺损,匹配连续图像以及对轨道线形三维重建的基础。由于实际中轨道图像易受到拍摄角度、光照等因素影响,同时有砟轨道图像具有背景复杂、色彩单一、特征分布多变等特点,使得传统基于钢轨、轨枕布设关系的扣件定位算法具有局限性,对弯道和上下行道岔咽喉区域的扣件定位鲁棒性差。将近年在计算机视觉领域发展迅猛的深度学习算法引入铁路轨道检测,利用YOLO端对端输出的网络特点,根据图像全局信息直接对扣件的Bounding Box和类别进行迭代回归,输出扣件位置信息。试验检测50份测试数据,检测正确率达到94%,检测速度54 fps,可以达到实时检测的要求。     

基于深度学习的铁路客站视频融合智能监控系统的图像处理优化技术研究

针对复杂铁路客站现场全景视频高维特征缺乏、融合匹配不准确等问题，提出一种基于深度学习的铁路客站视频融合智能监控系统的图像处理优化技术。文章通过尺度不变特征变换算法检测出图像关键点，利用卷积神经网络进行高维特征提取，对错配点使用随机抽样一致性算法进行剔除，并对虚影问题进行了优化以获得更好的细节效果。提出的图像处理优化技术已应用于连云港—镇江高速铁路扬州东站。应用结果表明，该技术能有效防止图片失真，获得更好的拼接效果。     

基于均值漂移和粒子滤波算法的接触网几何参数检测方法研究

随着高速铁路6C检测监测系统技术规范的提出,基于视觉技术的非接触式接触网检测方法越来越受到业内研究人员的重视。为提高接触线上激光斑点跟踪定位的实时性以及测量值的准确性,提出了一种基于均值漂移和粒子滤波算法的接触网几何参数检测的新方法。首先,基于灰度颜色直方图特征分布和接触网"之"字形架构建立光斑目标模型;其次,利用聚类方法对粒子进行聚类,以聚类中心为起点运用均值漂移算法进行迭代计算,对迭代计算的结果利用粒子滤波算法得到光斑目标的图像坐标;然后,将激光斑点在图像坐标系下的坐标进行空间变换,得出接触线的几何参数导高和拉出值在世界坐标系下的测量值。最后,结合检测车在某供电段测试区的实际运行数据,验证了该方法的实时性和准确性。     

轨道静态检测轨向高低新算法及精度研究

基于自动跟踪、自动照准功能的全站仪和轨道测量仪轨道静态检测技术已广泛应用于普速铁路和高速铁路的建设运营中。目前相关规范只对轨道静态检测的自由设站精度和轨道几何参数限差进行了规定,未对轨道几何参数的测量精度进行相关说明。基于轨道静态检测自由设站的设站误差和全站仪的观测误差,提出并推导利用轨道点横向、垂向偏差,计算轨向、高低的新算法及其精度模型。研究表明,使用标称精度为0.5″的全站仪施测,可满足轨道静态检测的精度要求。     

基于GNSS定位技术的轨道几何参数测量方法

为将全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite Systems,GNSS)定位技术应用于轨道几何参数测量,提高高速铁路绝对坐标的测量精度,在高速铁路沿线布设GNSS定位接收机作为定位基准站,并将各个接收机经过长时间观测的数据进行统一的联合解算处理,得到各定位基准站坐标。利用加装了GNSS定位接收机的轨道检查仪分别测量轨道特定点的大地坐标和内部几何参数,并将特定点的大地坐标测量结果与各定位基准站坐标数据进行联合解算处理,得到特定点的大地坐标最终测量结果。最后,将特定点的大地坐标最终测量结果与轨道内部几何参数测量结果进行数据融合,得到相应区段各点轨道内外部几何参数的测量结果。不确定度评定及验证试验表明,加装了GNSS定位接收机的轨检仪显著提高了轨道几何参数测量的精度,并极大提高了轨道测量的效率。     

应用CPⅣ网进行轨道几何状态测量方法研究

研究目的:高速铁路轨道精调前应进行轨道几何状态测量。现行的方法是采用CPⅢ后方交会自由设站进行轨道几何状态测量,再与设计参数进行比较,之后通过精调使轨道的平顺性各项参数满足设计要求。利用轨道基准网相邻点具有较高相对精度和点位永久保存可用于运营维护阶段的特点,本文提出在轨道基准网(CPIV)点上利用强制对中装置设站、后视,配合轨检仪进行轨道几何状态静态检测的新方法,结合工程实际对该方法进行现场试验。研究结论:(1)采用CPIV强制对中设站方法进行板式无砟轨道几何状态静态检测,设站时间短,作业效率显著提高;(2)CPIV强制对中设站方法利用相邻点间的高精度可确保轨道的高平顺性,经现场试验证明,测量成果正确可靠,满足规范要求;(3)应用CPⅣ网进行轨道几何状态测量,统一了轨道板、轨道精调控制基准,平顺性指标较好,值得推广应用;(4)研究成果可应用于高速铁路板式无砟轨道施工和运营维护阶段轨道几何状态静态检测,对相关测量规范的编制和完善具有参考价值。     

铁路轨道养护维修测量的特点分析及对策建议

简要分析高速铁路测量技术的现状、线路检测技术及其特点、高速铁路养护中测量的关注点,进而针对高速铁路养护维修的具体技术和管理特点以及测量效率要求高的实际需要,提出相应的轨道和钢轨几何参数等的检测手段系统化配备及运用建议。     

中国铁道科学研究院2013年科技成果简介(续五)

<正>29高速铁路工务综合巡检系统针对高速铁路工务综合巡检的需求,开展高速铁路工务综合巡检技术及系统的研发。该系统主要由轨道状态巡检子系统、钢轨轮廓检测子系统、线路限界检测子系统和定位同步子系统组成。基于轨道图像清晰成像技术采集轨道图像数据,其中钢轨轮廓图像的实时采集速率达到80帧·s-1,运用专门的图像处理及模式识别技术和算法分析轨道图像数据,自动     

近景摄影测量技术应用的回顾

本文详细介绍了利用近景摄影测量技术进行测绘的基本原理、作业流程和技术方法,以及近景摄影测量系统的进展和近景摄影测量技术应用的回顾.     

智能轨道检测仪的研制

<正>为适应高速铁路时代的线路精检细修,需配备与之相匹配的检测技术与设备。目前,就轨道几何状态检测而言,动态检查主要依靠综合检测车、Ⅴ型轨道检查车,静态检测沿用量取相对偏差值的方法,量值精度难以与线路"速密重"要求匹配。如何适应高速铁路和既有提速线路的"养检修"问题,创新轨道全几何参数精密检测技术及装备,研制出基于三维精密控制网的智能轨道检测系统。