基于LabVIEW的惯性测量单元信号采集及处理系统设计

利用LabVIEW设计了惯性测量单元信号采集及处理软件,主要包括串口通信、数据分离及信号处理等模块;串口通信模块采用VISA方式编程,建立了惯性测量单元与上位机之间的通信;根据惯性测量单元输出数据的格式,利用LabVIEW中的匹配模式函数分离出沿三轴向的加速度信号和角速率信号;设计了一种用于去除加速度信号中低频成份的数字滤波器;在建立的陀螺漂移模型基础上,分别进行小波基、小波分解层数、阈值函数及阈值估计方法等小波参数的选取.     

基于视觉的车辆与轨道相对振动状态测量方法研究

车辆与轨道相对振动状态对轨道线形测量有重要影响;分析了传统检测车辆与轨道相对振动状态测量方法的缺陷,提出一种基于视觉的车轨相对振动状态测量方法,以轨道建立世界坐标系,以车体建立车体坐标系。考虑相机镜头畸变,建立相机非线性模型,基于机器人手眼方法标定相机与车体,求解相机内外参数。依据车体运动姿态特征,推导基于双目机器视觉的车辆运动姿态偏移补偿计算方法;运用实验平台设计验证实验,通过计算所得的车体振动位移与真实值高度吻合,随着车速增加振动位移误差也随之增大,验证了该方法的正确性和可行性;提供一种车辆与轨道相对振动状态测量方法。     

基于SLAM的连续运动测量坐标转换算法研究

本文基于同步定位与地图创建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)原理,通过双目视觉系统的坐标转换方法,建立动态坐标系与静态基准点之间的关系,实现连续运动测量。通过实验,设计运动路线,验证坐标转换算法,并得到了建立在世界坐标系下的空间线形曲线。实验结果表明：转换后的坐标,x、y、z三个方向的最大误差不超过0.734mm。     

扩散场重建格林函数检测钢轨近表面缺陷*

利用超声相控阵全矩阵捕获功能获取后期时间的扩散场信息,实现钢轨近表面缺陷成像。对扩散场信号进行互相关,重建阵元之间的格林函数,获取阵元之间未延时的响应,恢复被噪声湮没的早期缺陷信息,将波数成像方法用于近表面缺陷的快速成像。采用两种超声相控阵探头在钢轨表面采集实验数据,说明格林函数恢复效果与相控阵阵元的个数和激励频率有关。实验结果清晰地显示了距钢轨表面5～10 mm处的缺陷,证实了互相关方法重建格林函数对近表面缺陷检测的有效性。     

轨道板中超声兰姆波传播的有限元计算和实验*

该文针对我国高速铁路轨道板缺陷的非接触动态检测问题,研究了空气耦合超声兰姆波在轨道板中的传播规律。首先,给出了轨道板中超声兰姆波的相速度和群速度频散曲线,结果表明:随着频厚积的增加,频散现象越明显,并且A0相速度收敛于Rayleigh波的波速。然后,建立轨道板中波传播的有限元模型,计算得到兰姆波传播的群速度为2220 m/s,且二维傅里叶变换系数的较大值沿Rayleigh波的频散曲线分布。最后,在沪杭高铁嘉兴南站进行了现场测试,以8.8°倾斜角向轨道板激励产生超声兰姆波,激发产生的兰姆波模态群速度为2325 m/s,且二维傅里叶变换分析其系数的较大值沿Rayleigh波的频散曲线分布。有限元计算结果和实验结果均与理论计算结果一致。该研究为后续轨道板缺陷的非接触动态检测提供了理论依据和实验方法。     

基于区域生长重心的大型多阵列圆标定板基准点的提取技术

针对视觉测量在轨道交通隧道大范围轮廓测量上的问题,研究设计一种大型多阵列圆标定板进行系统标定工作,提出区域生长重心法实现对标定图像上基准点的提取。即将区域生长法和灰度重心法相结合,通过粗定位寻找每个基准圆的种子点,考虑种子点像素的4邻域像素进行区域生长,然后利用灰度重心法提取生长区域的重心作为基准点。将非线性变化的基准点替代线性提取的基准圆的种子点,消除了图像畸变的影响,保证了特征检测过程的可靠性和鲁棒性,达到对于多阵列圆大型标定板基准点的提取。通过搭载鱼眼镜头拍摄6m的模拟隧道横断面轮廓,进行轮廓测量与还原。实验表明该方法提取的基准点像素坐标误差可达到2pixel以内,系统测量精度能够达到±5mm以内,完全满足轨道交通隧道横断面轮廓测量误差标准。     

采用稀疏测量的高分辨率相干声场分离

现有相干声场分离方法受限于采样定理,要获取高分辨率的分离结果需要大量的测点。为降低测量成本,提出一种采用稀疏测量的高分辨率相干声场分离方法。该方法首先根据波叠加原理构建传递矩阵,然后通过奇异值分解技术获取声场的一组稀疏正交基,最后利用稀疏正则化获取权重系数的稀疏解并将其用于分离目标声场。仿真和实验结果表明:在测点数较少的情况下,该方法相较于常规等效源声场分离方法的分离精度更高。同时,常规等效源声场分离方法的分离结果分辨率受限于测点数目,而该方法可以在测点数较少情况下实现高分辨率的相干声场分离。      

基于零膨胀回归模型的城市轨道交通触网故障频次研究

城市轨道交通触网故障后果严重,但发生频次较少,数据分析困难.零膨胀计数模型(ZIM)对零值大的数据集具有良好的适用性.针对上海地铁近4年运营过程中积累的触网故障数据进行统计分析,采用ZIM模型中运用最广泛的ZIP模型和ZINB模型进行建模,对比模型的4项评价指标,并进行模型命中率、泛化能力、释义合理性的评价.研究表明,ZINB模型能够对触网故障数据进行更好的拟合.基于模型结果,对城市轨道交通触网系统的安全运营策略及维修保养制度提出建议.     

基于降维状态观测器的轮轨力估计方法研究

轮轨作用力对车辆的运行品质及安全有重要影响;现有轮轨力测量方法采用了特制的测力轮对测量和轨道静态测量,其成本高、周期长、稳定性差;对现有轮轨力测量方法进行了研究,提出了降维状态观测器的方法观测轮轨力;建立单轮对车辆轨道垂向耦合模型,以车辆状态响应值与轨道激励作为降维状态观测器的输入;通过Matlab仿真计算,得出轮对振动位移的观测值快速收敛于仿真值,轮轨力有很好的吻合性;随着车辆速度增加振动位移收敛时间变长,轮轨力误差增大;结果表明,在一定条件下,此方法能够很好的地观测轮轨力的大小,为轮轨力的实时估计提供一种的新方法。     

基于激光扫描的接触网几何参数检测方法研究

针对当前电气化铁路接触网几何参数日常检测的需求,提出了一种基于激光扫描的接触网几何参数检测方法,即结合激光扫描仪、光电编码器和工控机等硬件设备进行编程处理以实现相关几何参数的非接触式采集、采样点定位和数据处理以获得接触网的各个几何参数,经试验该方法能有效的提高接触网几何参数检测精度,测量精度达到±3mm,具有实际意义。