智慧高速铁路运行控制系统发展趋势综述

在保障安全的前提下,高速铁路运行控制系统进一步结合现代感知、控制、通信以及人工智能技术实现智慧化,是未来高速铁路发展的前沿方向。分析目前高速铁路运营中仍存在异物侵限造成安全事故、突发事件导致列车延误、运力与运量不匹配等问题,提出高速铁路运行控制系统的智能化、智慧化是解决上述问题的重要手段,是保持和提升我国高速铁路技术整体竞争力的核心组成部分。新时期的智慧高速铁路运行控制系统以实现列车(群)全天候全无人自主追踪运行控制为目标,主要包括移动闭塞、列车运行净空感知、列车状态智能监测、列车自主追踪、智能调度指挥、车-地动态自组网通信等关键技术。结合新一代使能技术,研究高速铁路运行控制智能技术的应用及其发展趋势,对我国智慧高速铁路的发展具有参考价值。

基于纹理特征增强的重载铁路钢轨缺陷检测算法

为实现重载铁路轨道典型缺陷的准确、快速、智能检测,基于深度学习算法,提出一种针对重载铁路钢轨图像的特征加强卷积神经网络模型,研制一套基于机器视觉的便携式轨道图像采集系统;整理创建重载铁路钢轨表面多目标图像数据集,并基于此数据集进行训练,实现裂纹、擦伤、块状损伤、接缝4种典型缺陷目标的智能识别;针对数据集中目标尺度分布不平衡的特点,使用聚类算法重新设置锚框的尺寸和数量;对比分析重载铁路钢轨缺陷图像的纹理复杂性与固有特点,引入加权融合池化模块和纹理特征增强模块对自适应训练样本选择(ATSS)算法进行改进。应用所提算法对重载铁路轨道进行检测,4类典型缺陷目标的全类平均正确率达到85.8%。通过与其他9种检测算法的对比,充分验证了所提算法的有效性。

面向铁路周界防护的多源图像目标检测研究综述

铁路周界防护是保障铁路运输安全的关键,而视频监控是铁路周界防护中应用最为广泛的技术手段.针对视频监控在夜间或恶劣光线条件下存在误报率及漏报率大的问题,考虑到红外通过物体热辐射成像,具有抗光线变化和恶劣天气干扰的能力,本文研究了红外与可见光图像结合实现全天候周界入侵检测的问题.首先在分析铁路周界防护技术现状的基础上,讨论了红外与可见光图像融合目标检测技术的研究重点与难点;然后分别介绍了图像配准和目标检测的一般方法及流程,分析了红外与可见光图像配准、红外目标检测、红外与可见光图像融合目标检测的研究进展以及铁路场景下的相关研究现状;最后展望了铁路周界防护应用场景下多源图像目标检测技术的发展趋势,红外与可见光视频图像结合既能实现全天候有效入侵检测,又能保证入侵目标可视化效果,便于后续智能分析.

基于样本自动标注的隧道裂缝病害智能识别

隧道表面裂缝的检测已经成为地铁运营人员的重要巡检任务之一.为实现隧道裂缝病害的自动监测,提出一种结合病害特征提取和深度学习的隧道裂缝样本自动标注与识别算法;针对隧道裂缝形态特征建立裂缝图像的特征样本库,改进了AlexNet深度卷积网络结构;设计研制了轨道移动式隧道图像采集系统以及巡检车,采集并构建了包含4500张裂缝图像样本和1500张测试图像的数据集,用以验证算法的可行性和有效性.研究结果表明:采集的图像清晰度符合要求,所设计算法可完成裂缝目标自动标注;裂缝图像测试集的识别率达到97.8%,证明了算法研究和采集系统的有效性.

网状多尺度与双向通道注意力的铁路场景语义分割

语义分割是智能感知的基础。本文针对复杂铁路场景类别易混淆及有效特征难提取的问题,提出一种基于网状多尺度融合与双向通道注意力的铁路场景语义分割网络。为增强模型对各类铁路设施的判别能力,提出网状多尺度融合模块。该模块嵌入主干网络,获取不同尺度的特征并行连接,并在融合层进行网状信息交互,实现不同分支的特征融合。通过汇聚其他分支输入,模型输出可同时保留多分辨率特征。为提升复杂铁路场景下有效特征的提取性能,提出双向通道注意力模块。正向通道注意力模块位于主干网络上下采样操作后,使输出特征图由不同尺度的输入特征加权重组,从而自适应地提升有效特征的表达;反向通道注意力模块插入模型最终输出之前,保留底层空间信息的同时,生成有效高阶语义信息。在RailSem19铁路数据集上的实验结果表明,本文所述方法对于易混淆类别,以及轨道区域、接触网立柱、列车及防护栅栏等铁路设施类别的分割性能均有显著提升,m IoU达到65.12%,相比于其他方法有一定提升。

钢轨中超声导波激励响应计算方法研究

为了在钢轨中激励出特定模态的导波信号,需确定导波发射探头在钢轨上的安装位置和激励方向,导波激励响应计算方法可通过仿真和计算来研究激励位置、激励方向与响应结果的关系,替代传统的试验验证方法。计算时通过半解析有限元方法建立钢轨中超声导波传播的一般均质波动方程,求解方程得到波数和振型矢量,建立钢轨的系统函数模型,在钢轨指定位置和方向施加激励信号,结合傅里叶变换与反变换计算得到最终的激励响应结果。已知激励位置和方向,结合计算结果可以研究分析各导波模态的激励方法。在西宝高速铁路现场试验表明,激励响应计算结果与实际测试结果误差为0.4%,具有较好的一致性。

三维激光扫描测量系统标定方法研究

三维坐标法是一种经常使用的三维激光扫描测量系统标定方法。本文通过分析三维坐标法标定精度的限制因素,提出了一种基于一维坐标的标定方法。由于回避了激光扫描传感器无法准确获得某特定点三维坐标的劣势,一维坐标法可以不受扫描点间距的影响,使得标定精度比常规的三维坐标法大大提高了。本文对这种一维坐标法进行了详细地理论分析和数学仿真,并给出了一个典型工程应用实例。

单总线数字式机车轴温监测报警装置

采用单总线数字式温度传感器 ,对机车轴温 38个测点进行实时温度监测、显示、语音报警、数据记录和IC卡转储以及地面分析处理 ,是保证行车安全的一项重要措施。为便于主机和传感器的互换 ,对传感器进行了编码设计 。

车载状态监测与故障诊断专家系统设计

综合应用计算机软硬件技术 ,实现对机车主要质量状态参数的实时采集、显示和记录 ,并进行实时机车故障诊断、语音定点定性报警提示 ,通过转储分析 ,获取机车性能变化趋势和故障先兆信息 ,及时发现故障隐患 ,提高机车质量 ,确保行车安全。

轨道交通线路全断面车载式动态检测系统研究

为及时掌握轨道交通线路全断面尺寸及发展趋势,提出了融合激光扫描测量和高精度惯性基准测量技术的车载式全断面检测系统方案.详细分析了如何利用车体运动模型和卡尔曼滤波算法建立精确的动态测量基准,对振动误差进行补偿,并借助数学仿真讨论了方案的可行性.

基于激光与视觉融合的车辆自主定位与建图算法

定位与建图是车辆未知环境自主驾驶的基础,激光雷达依赖于场景几何特征而视觉图像易受光线干扰,依靠单一激光点云或视觉图像的定位与建图算法存在一定局限性。本文提出一种激光与视觉融合SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)的车辆自主定位算法,通过融合互补的激光与视觉各自优势提升定位算法的整体性能。为发挥多源融合优势,本文在算法前端利用激光点云获取视觉特征的深度信息,将激光-视觉特征以松耦合的方式输入位姿估计模块提升算法的鲁棒性。针对算法后端位姿和特征点大范围优化过程中计算量过大的问题,提出基于关键帧和滑动窗口的平衡选取策略,以及基于特征点和位姿的分类优化策略减少计算量。实验结果表明:本文算法的平均定位相对误差为0.11 m和0.002 rad,平均资源占用率为22.18%(CPU)和21.50%(内存),与经典的A-LOAM(Advanced implementation of LOAM)和ORB-SLAM2(Oriented FAST and Rotated BRIEF SLAM2)算法相比在精确性和鲁棒性上均有良好表现。

多光点位置实时检测系统及其应用(英文)

提出了一种多个光点中心位置的实时同步检测系统,该系统可以实时地同时获取多个光点在图像中的位置.以解决现有光点位置检测系统无法同时测量多个光点或无法进行实时检测的问题.该系统采用CCD相机采集带有多个光点的图像,并用现场可编程门阵列(FPGA)实现图像采集的控制,图像分割算法和光点中心位置的计算,从而大大提高了图像处理的速度.实验表明该系统具有较高的精度,速度可以达到实时测量的要求,并且使用硬件资源较少,能够在中低密度的FPGA上实现.最后本文介绍了该系统在基于激光的列车车体姿态检测中的应用.

手持式FFT分析仪及其在涡轮增压器转速测量中的应用

以80C196为核心的手持式FFT分析仪，对复数范围内1024点进行浮点快速博里叶变换，从而得到被测信号的频谱图，通过分析处理频谱图的特征，诊断出被测对象的工作状态。同时，将其进行微型化设计，并应用于对机车涡轮增压转速的间接测量，无需拆装外壳，取得了良好的效果。

基于USB的通用信号采集分析系统

介绍了一种基于USB通信方式的高速采集分析系统,利用一片8254和两片MAX 1090去采集3路频率量和16路模拟量,然后把采集的数据通过FT245BM发送给PC机。PC机再根据按时、定距以及外触发三种不同的方式,利用预先设置好的各种参数,进行可视化的数据分析处理,并存储于数据库。数据采集、通信和分析三个模块采用并行工作方式。

轨道车辆瞬时姿态的测量方案研究

为解决轨道交通基础设施全断面动态检测中的测量基准问题,提出了一种新颖的高速运动轨道车辆瞬时姿态测量原理方法。本方法利用地面定点固定的反射镜组和车载激光器、成像及检测设备,可以实时测量出运动车辆相对于地面基准的瞬时位置和角度偏差,从而定点修正车载测量基准。结合车载的惯性测量系统,可以在动态测量过程中获得连续的测量基准。误差分析、数学仿真和实物实验表明本方法具有测量精度高、测量范围相对较宽等优点,且结构简单,具有很高的实用价值。

基于 FPGA 的多路视频图像高速同步采集系统

给出了一种能够高速同步采集多路黑白视频信号，采集的精度为８位，采样率为１４．７６８ＭＨｚ．此系统设计以现场可编程门阵ＦＰＧＡ为核心元件，将系统的采样控制逻辑与压缩存储逻辑集成在一块ＦＰＧＡ芯片上，与采用单片机或通用器件实现相比，具有速度快、可靠性高、结构简单、体积小等优点，而且设计周期短、灵活性大，我们已经将其应用在高速高精度的三维净空测量中．

“FT”法及其在机车测速中的应用

提出了一种应用８０９８单片机实现高精度频率测量的新方法──“ＦＴ”法，并将其应用于机车运行速度的测量，以减少系统静态误差。在给出“ＦＴ”法原理的基础上，分析测量误差，给出流程框图和提高测速系统静态精度的措施。

铁路信息系统编码方法的比较分析

对信息化建设过程的两种基础信息编码方法 (含属性编码和顺序编码 )的定义、基本特点、数学模型、计算机处理模式、适应性与可维护性等方面进行了综合比较分析 ,并得出如下结论 :如果编码对象的属性值经常改变 ,宜采用顺序编码法 ;如果编码对象的属性值基本保持不变 ,则采用含属性编码法可加快编码属性的检索判断。

列车测速测距系统研究

分析了高可靠、高精度测速测距系统在“列车超速防护系统”中的重要作用。介绍了双路冗余测速的方法和“开窗”式测距的方法。重点叙述了防空转，防滑行和防测速传感器故障的原理和方法。

保证轻轨司机双休日的“双齿轮”轮班模型及其均衡算法研究

分析了轻轨司乘人员的工作特点，日工作时间在6～10h不等，早班从5时左右开始，晚班到夜里23时左右结束．根据轮班的目标函数和约束函数，作者提出了基于“双齿轮”的均衡轮班模型，推导出了均衡轮班的数学公式，在每人有竹天休息、m天需要工作的循环轮班条件下，满足了n＋m个司乘人员在n＋m天内各自轮完n＋m个不同任务的要求，同时保证享有的n／2个双休目均匀地分布在各自的m个工作任务之间，通过系统仿真验证了轮班模型及其算法的正确性．