【正文】 為： ??????????????????????????????)2c o s (2)2c o s (2)2c o s (2l o g10)(0221012221202???????sssjLkkLkkLkkkkkceG 圖 19 為其 18km/h、 36km/h、 144km/h 在不同速度下的幅頻特性，圖 20 為加速度經(jīng)過(guò)模擬濾波 F(s) 與數(shù)字濾波 G(z)后的混合特性。 然后對(duì)軌向加速度進(jìn)行解偏濾波，其傳遞函數(shù)為： 11)1(1 )1)(1()( ???? ??? zzzD dd ?? 其幅頻響應(yīng)為： ?????? ???? ??? )/2c os ()1(2)1(1 ))/2c os (1()1(2l og10)( 2 2 ???? ??? sdd sd LLzD 式中 sL 為取樣間隔，圖 18 為 d? 分別取 1/102 1/51 1/256 是的幅頻特性。 圖 14 GJ4 型軌檢車原軌距吊梁 GJ3 型和 GJ4 型軌距軌向檢測(cè)裝置的研制 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 23 圖 15 改造后系統(tǒng)的軌距梁 圖 16 改造后的系統(tǒng)實(shí)物圖 軌向合成原理 軌向加速度計(jì)響應(yīng)： 2222 s i n dtdhgdt yd btbby ?????? (1) 式中 by 為軌距梁的中點(diǎn)， b? 為軌距梁相對(duì)于地面的傾角 。對(duì) FPGA進(jìn)行編程，可使其完成任意多個(gè)并行通道的任務(wù)，這些操作可以包含簡(jiǎn)單和復(fù)雜功能構(gòu)成的任意組合，如加法器、桶型移位器、計(jì)數(shù)器、相乘和累加、比較器和相關(guān)器等。嵌入式存儲(chǔ)器可用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種存儲(chǔ)器功能，如 FIFO，雙口 RAM和 內(nèi)容尋址存儲(chǔ)器（ contentaddressable memories）。 表 1 方案比較 可編程 可重配置 可用資源 功率消耗 數(shù)據(jù)吞吐率 ASIC 低 低 低 低 高 DSP 中 中 高 高 低 GJ3 型和 GJ4 型軌距軌向檢測(cè)裝置的研制 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 21 MPU 中 高 高 高 低 FPGA 中 高 高 中 高 滿足實(shí)時(shí)處理要求的 FPGA主要有兩個(gè)系列。但開發(fā)比較容易，編程和修改都比較靈活，特別是實(shí)現(xiàn)某些運(yùn)算（如乘加運(yùn)算）可以得到最優(yōu)的性能。 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（ DSP）已被廣泛用于音頻，視頻，語(yǔ)音，通訊等各個(gè)領(lǐng)域。 FPGA是一種特殊的 VLSI 器件，用戶可以用它編程實(shí)現(xiàn)各種邏輯電路。測(cè)量卡提供二值化的圖像數(shù)據(jù)。 圖 10 系統(tǒng)構(gòu)成 在上述方案論證、模型研究的基礎(chǔ)上及按實(shí)現(xiàn)該檢測(cè)模型基本配置要求得到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 11 所示： 檢測(cè)梁 19 英寸機(jī)柜 圖 11 該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為左、右軌對(duì)稱方式。39。作到上述兩點(diǎn)，就能保證標(biāo)定參數(shù)不變。（ 2）對(duì)于脈沖式的灰度跳躍平滑效果較好。在迭代收斂以后，具有相似性質(zhì)向量的區(qū)域連通集合合并成新的區(qū)域 [2]。基于度量空間的空間域 聚類法和基于邊緣的分割方法由于只利用了灰度信息與邊緣信息二者之一，致使在空間域的分割中出現(xiàn)了一系列問(wèn)題。首先以斷點(diǎn) A為起始點(diǎn)檢測(cè)它的鄰接點(diǎn)中在點(diǎn) B方向上的三個(gè)點(diǎn)，選擇使得邊緣特性評(píng)價(jià)函數(shù)取值最大的點(diǎn)作為下一個(gè)邊界點(diǎn)，然后以新找到的邊界點(diǎn)為起始點(diǎn)開始新的搜索，如此循環(huán)直到找到點(diǎn) B，最后用邊緣特性評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)搜索到的邊界進(jìn)行評(píng)價(jià)，如結(jié)果低于某一設(shè)定閾值則將其消除。小波函數(shù)具有差分性質(zhì)，這與邊緣檢測(cè) 算子方法的原理相類似，而小波變換的多分辨率特性避免了邊緣檢測(cè)中鄰域選擇問(wèn)題；而在減少噪聲方面，小波技術(shù)通過(guò)分解圖像，把噪聲的影響分散到不同的頻帶，在每個(gè)頻帶或在頻帶之間采用某些處理技術(shù)可使總的噪聲影響相對(duì)減小。微分型邊緣檢測(cè)算子的主要缺點(diǎn)是對(duì)噪聲敏感，但由于它們實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，執(zhí)行時(shí)間短，在實(shí)際中至今仍被廣泛應(yīng)用。 基于邊緣檢測(cè)的圖像分割方法一般是首先進(jìn)行邊緣檢測(cè)，然后進(jìn)行邊緣連接形成封閉的目標(biāo)輪廓，最后在目標(biāo)輪廓內(nèi)進(jìn)行區(qū)域填充得到目標(biāo)區(qū)域。下面我們介紹大津展之方法。此外，圖像處理學(xué)專家將模糊技術(shù)、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、分形、小波技術(shù)等數(shù)學(xué)方法應(yīng)用于灰度圖像分割及紋理圖像分割中，研究出很多新方法，但是這些新方法除了在一些特殊的應(yīng)用領(lǐng)域之外，還沒(méi)有達(dá)到實(shí)用化要求。這種權(quán)矩陣稱為卷積核。簡(jiǎn)要介紹如下。 2）二值圖像的細(xì)化：圖像細(xì)化的目的是把具有一定寬度的線條狀區(qū)域削減（細(xì)化）到一個(gè)像素點(diǎn)的寬度，也就是要找到圖像的骨架。有兩種方法：一是二值圖像的細(xì)線化算法，包括 細(xì)線化、消除短枝和間隙等。dykykxf dykykxH ??? ??cosA+dY (18) 在式（ 17），（ 18）中（ x,y）是像點(diǎn) a 在像平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，可從圖像中提取。dykykxf dykykxH ??? ?? 代入式（ 15），（ 16）得 X=)c oss in( )s inc os(39。（ X,Y）與 (XC,YC)之間的關(guān)系下： X=XccosAYcsinA+△ X (15) Y=XcsinA+YccosA+△ Y (16) 圖 5 圖 6 由式（ 3），（ 4）和式（ 13），（ 14）得 Xc=ycf H?39。 =H/sinα =SI (5) F39。 GJ3 型和 GJ4 型軌距軌向檢測(cè)裝置的研制 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 7 圖 4 在物平面 E上，以等角點(diǎn) c 的對(duì)應(yīng)點(diǎn) C為原點(diǎn)，取直角坐標(biāo)系 CXcYc， CXc 垂直于 W， Cyc 在 W中，并與攝影方向線 VV重合。過(guò) S 點(diǎn)作 E平面的垂線，與 P平面的交點(diǎn)為像底點(diǎn) n，與 E平面相交于 N， SN為物鏡的物距 H。 圖像庫(kù)：壓縮存儲(chǔ)視頻圖像。 軌向加速度計(jì) 激光光源 攝像頭 GJ3 型和 GJ4 型軌距軌向檢測(cè)裝置的研制 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 5 圖 2 圖 3 亮帶搜索：亮帶圖像 只占視頻圖像的一部分。激光測(cè)距方案成本高，技術(shù)難度大。用戶在操作和維護(hù)等方面存在很多不便，同時(shí)也很難對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、分析和再利用。 目前，當(dāng)今世界高速鐵路發(fā)達(dá)的國(guó)家，激光和攝像檢測(cè)技術(shù)獲得了廣泛的應(yīng)用，而且，已成為目前世界上軌道檢測(cè)系統(tǒng)的主流。 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 2 國(guó)外軌檢車軌距軌向檢測(cè)系統(tǒng) 上世紀(jì) 80 年代以來(lái)， 通常采用一維光電位移 傳感器 ，為滿足測(cè)量系統(tǒng)的定位要求， 安裝 基準(zhǔn)一般選擇在以輪對(duì)為剛體的結(jié)構(gòu)上。隨著我國(guó)鐵路運(yùn)行速度不斷提高，一方面軌檢車的檢查密度增加，運(yùn)營(yíng)更加頻繁；另一方面軌距吊梁工作環(huán)境惡化，承受的振動(dòng)和沖擊加大；使軌距吊梁運(yùn)用中存在安全隱患，一旦發(fā)生斷梁事故，不僅中斷檢測(cè)工作，而且嚴(yán)重影響行車安全。項(xiàng)目組在大量調(diào)研的基礎(chǔ)上，采用了當(dāng)今國(guó)際在該領(lǐng)域內(nèi)的先進(jìn)技術(shù)，以鋼軌斷面圖像檢測(cè)方式，實(shí)現(xiàn)軌距軌向的實(shí)時(shí)測(cè)量。 15．項(xiàng)目完成單位： XX 基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)中心 地 址： 郵 編： 16．項(xiàng)目組長(zhǎng) (簽字 ) 17．中心學(xué)委會(huì)主任 (簽字 ) 18．主管主任 (簽字 ) 目 錄 1. 國(guó)內(nèi)外軌檢車現(xiàn)狀 ....................................................................................................... 1 國(guó)內(nèi)軌檢車概況 .................................................................................................. 1 國(guó)外軌檢車軌距軌向檢測(cè)系統(tǒng) ............................................................................. 2 2. 軌距軌向檢測(cè)裝置研制的必要性與實(shí)現(xiàn)目標(biāo) ................................................................. 3 3．基本原理 .................................................................................................................... 4 軌距檢測(cè)系統(tǒng)基本原理 ....................................................................................... 4 坐標(biāo)變換 ................................................................................................... 6 亮帶細(xì)化 .................................................................................................. 10 圖像處理 .................................................................................................. 10 系統(tǒng)標(biāo)定 ................................................................................................. 17 系統(tǒng)構(gòu)成 ................................................................................................. 18 軌向合成原理 .................................................................................................. 23 利用 GJ4 型車原有慣性系統(tǒng)合成軌向 ..................................................... 24 數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng) ......................................................................................... 33 數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) ................................................................. 33 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) .......................................................................................... 34 4. 轉(zhuǎn)向架部分改造方案 .................................................................................................. 39 適應(yīng)新軌距 軌向檢測(cè)系統(tǒng)的改造 ...................................................................... 39 建議對(duì)轉(zhuǎn)向架的進(jìn)一步改造 .............................................................................. 43 5. 系統(tǒng)測(cè)試與性能檢驗(yàn) .................................................................