列车轮对几何参数动态测试仪研究

本项目将围绕列车轮对几何参数的激光视觉动态测量，从理论方法、关键技术与系统装置等方面开展系统深入研究，研制出满足我国铁路安全运营要求的列车轮对几何参数动态测试仪。主要研究内容为：采用透视投影变换和齐次坐标变换建立激光视觉测量模型，在此基础上按照轮对段修规程，建立列车轮对几何参数测量模型；提出列车轮对几何参数动态测量现场校准方法，并研制现场校准装置；提出快速高精度激光光条图像特征提取方法；提出并设计激光视觉动态测量高速图像处理硬件结构框架；设计轮对几何参数动态测试仪环境适应性结构；构建列车轮对几何参数动态测试仪，并进行现场安装和动态测试。本项目将为我国列车轮对几何参数动态测量提供有效的具有自主知识产权的技术途径和手段，为我国铁路运输提供有力的安全保证。

轮对作为铁路车辆重要的走行部件，对于高速列车和重载货车的安全运行起着关键性的作用。列车轮对几何参数检测对于铁路运输的合理计划和低成本维护具有重要意义。目前国内外轮对几何参数动态检测设备均不能满足我国铁路发展的需求。. 本项目采用激光视觉测量技术，围绕列车轮对几何参数动态测量，从理论方法、关键技术与系统装置等方面开展了系统深入研究。主要完成了以下研究内容：. 1、采用透视投影变换和齐次坐标变换建立了激光视觉测量模型，在此基础上按照列车轮对维修规程，建立了列车轮对几何参数测量模型；. 2、提出了激光视觉传感器一维靶标校准法，通过多次无约束摆放一维靶标获取视场内光平面上多个校准点来完成校准，与传统的立体靶标、平面靶标相比，更适合空间受限条件下激光视觉传感器现场校准；. 3、提出基于方向指引的光条备选点搜索策略，采用大模板递归高斯滤波光条图像特征提取方法，在不损失精度的同时提高了光条中心提取速度；. 4、提出并设计了结合CPU和GPU各自优势的激光视觉动态测量高速图像处理硬件结构框架，实现大量图像数据的高速实时处理；. 5、提出了通过计算滚动圆点到轴线方程距离获取轮径的方法，有效解决了多点拟合法测轮径中拟合点少、分布范围小带来的测量误差偏大的问题；. 6、从抗杂光、防水、抗高低温、抗震等方面设计了列车轮对几何参数动态测试仪环境适应性结构；. 7、构建了两套列车轮对几何参数动态测试仪样机，分别在大秦铁路木林探测站和武九线葛店探测站进行了现场安装和动态测试。. 试验结果表明，测试仪精度指标完全满足预期要求，检测速度达到了180km/h，能在中小雨雪条件下稳定运行。本项目为我国列车轮对几何参数动态测量提供有效的具有自主知识产权的技术途径和手段，为我国铁路运输提供有力的安全保证。