转辙机缺口实时监测系统的研究

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道岔是使得火车从一条铁路线转入另一条铁路线的铁路连接设备,为铁路线路中技术难度最高的环节,同时也是铁路事故的多发点。转辙机是道岔控制系统的执行设备,因此转辙机是否正常工作直接影响道岔的运行状态。   本文在分析现有的基于图像处理技术的转辙机监测系统的基础上,改进了该系统的构架及核心算法等方面,提高了系统的灵活性和兼容性,方便系统对各种新技术的应用和融合。主要的改进有如下几个方面:   1、原系统的图像处理部分与实时监测环节都通过上位机(服务器)实现,造成系统各层之间不透明,在功能实现上存在先天缺陷且增加系统开发的难度。本文在充分研究原系统在结构的问题后,通过在下位机使用嵌入式系统实现图像的处理功能模块,将图像处理和实时监测两大模块拆分开来,使得各层之间分工明确,增加了系统的稳定性与健壮性。主要体现在以下方面:一是在下位机实现图像检测算法,避免了通信的时间,增加了系统的实时性;二是在通信中断时,不影响系统的监测,将监测结果存储于嵌入式系统的SD中,在通信恢复后再重新上传;三是上位机(服务器)只需提供服务终端,使得系统升级周期短,维护方便,软件重用度高。   2、原有的监测系统在设计算法时,对于监测环境的复杂度估计不足,造成检测精度不高。本文在充分考虑复杂环境影响因素的基础上,提出了基于一维离散小波的边缘检测算法的缺口检测方法。在提取出图像边缘后利用最大类间方差阈值的图像分割算法完成边缘图像的二值化操作,并利用形态学方法来修剪图像边缘,通过模板匹配来定位图像中的缺口基准线和道岔到位标志线,实现监测目标图像中转辙机缺口值的变化。本文提出的方法能够较好的实现基于复杂环境的缺口检测算法,根据该算法已开发出相应的样品,并在天津铁路局通过了真实环境的测试。   3、将原系统的C/S构架改为了B/S构架,并实现了上位机的实时监测系统。上位服务器承担数据通讯、控制(命令)、数据库管理、应用支撑等功能。服务器将接受的数据按照缺口值、图像及视频分类存入数据库,使得工作人员可以通过服务器上的转辙机监测系统实时查看各转辙机的运行情况,监测系统实现的主要功能有实时数据、历史回放、参数设置、设备管理等一系列功能,满足站场工作人员的各种需求。   本文改进后的转辙机缺口实时监测算法,经过在天津铁路局真实环境下的长期测试,可以满足铁路局的需求。
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