基于機器視覺的鐵路異物侵限分布式智能監(jiān)控技術研究.pdf

1、隨著我國鐵路跨越式發(fā)展,客運高速化和貨運重載化程度不斷提高,對鐵路行車安全保障系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)。機器視覺檢測是計算機視覺領域一個新興的應用方向和備受關注的前沿課題,它旨在賦予視覺系統(tǒng)觀察分析場景內容的能力,實現監(jiān)測的自動化和智能化,并已在鐵路工程應用中顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿?。針對鐵路運營中異物侵限事故頻發(fā),嚴重影響列車行車安全的問題,本論文主要研究通過機器視覺技術實現鐵路異物侵限的檢測與識別,并達到鐵路行車安全全過程的監(jiān)測、預警及安全管

2、理。
　　論文在廣泛搜集、閱讀和分析國內外有關鐵路異物侵限、機器視覺和人工智能等方面最新文獻和成果的基礎上,研究了雙目機器視覺、圖像分析、模式識別和狀態(tài)預警等方面的基本原理和方法,給出了鐵路異物侵限的雙目立體視覺的相機標定、圖像預處理、特征提取、限界確定、異物識別和侵限狀態(tài)預警的計算模型和實現算法,建立了分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)模型,開發(fā)設計了鐵路異物侵限智能監(jiān)控的原型系統(tǒng),并通過實驗和應用實例分析,該模型及方法可以有效解決鐵路異物侵限

3、的檢測、識別與預警方面的問題,達到快速穩(wěn)定的實時監(jiān)控性能。
　　論文首先深入分析了鐵路安全保障系統(tǒng)目前面臨和存在的嚴峻形勢,以及分布式智能視覺監(jiān)控系統(tǒng)在鐵路行車安全保障系統(tǒng)中的作用與意義,在對鐵路安全監(jiān)控和機器視覺技術理論應用文獻查閱、分析研究的基礎上,提出了鐵路異物侵限分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)的設計思路。
　　其次,研究了雙目機器視覺的原理與技術,在分析雙目機器視覺的成像及檢測原理的基礎上,依據適宜的相機標定算法建立了雙目立體視

4、覺的相機標定系統(tǒng),得出了異物侵限視覺檢測系統(tǒng)相機的內外參數,分析了相應的圖像去噪、圖像增強和圖像銳化等圖像預處理算法,提出了一種快速整數遞推GCV閾值圖像去噪算法,并分析了雙目視覺中三維限界的三維重建技術,
　　再次,研究了鐵路異物侵限圖像特征的提取與二維限界的確定,對比分析了常用圖像邊緣檢測算法的基礎上,深入分析基于數學形態(tài)學的邊緣提取算法,給出了改進的抗噪膨脹腐蝕型算子,提出了一種灰度形態(tài)學的多結構元素邊緣檢測算法,通過檢測圖

5、像中鐵軌特征及標定后現實空間坐標位置為基準,確定了鐵路二維限界檢測窗口。并在此基礎上,分析鐵路異物侵限圖像特征,提出了序列檢測圖像的背景估計和空間陰影消除方法,借助動態(tài)閾值背景差分法檢測判斷二維限界中異物;進一步利用二維限界異物檢測的結果,提出了利用立體匹配與三維重建來確定鐵路三維空間限界的方法,實現了三維空間內的異物侵限檢測。
　　然后,研究了鐵路異物侵限狀態(tài)預警技術,通過對鐵路異物侵限的場景分析,提出了鐵路異物侵限等級評判及預

6、警的方法。以動態(tài)貝葉斯網絡和模糊分類技術為基礎,將影響侵限等級的各因素用概率方法結合專家知識進行描述,建立評估及預警模型,且將模糊分類技術應用到觀測數據的處理,依據推理算法得到預測結果,通過案例分析驗證該方法的有效性。
　　最后,在研究鐵路分布式智能監(jiān)控的體系結構的基礎上,建立了基于MAS的異物侵限分布式智能監(jiān)控模型,從邏輯結構和功能的角度全面刻畫了系統(tǒng)中Agent的組成及其功能模塊間的關系,對監(jiān)控行為進行了形式化的描述,并就Ag