基于图像的道岔缺口移位测量系统研究与实现开题报告

1. 研究目的与意义

近年来在我国各项进步发展过程中，轨道交通始终被视为其中重要的一环。信号系统承担着着各设备的维护管理及运营工作，在整个轨道运输系统中处于关键地位。由于我国轨道交通的迅速发展，其信号系统逐渐综合成为了一个整体，由调度、连锁、控制等专业设备构成，其功能也不断发展，成为行车安全及运输效率的重要保障。

转辙机道岔是在铁路信号系统中的重要组成设备之一，随着我国轨道交通的不断升级，列车运行速度获得迅速提升，在高速运行的状况下，对道岔稳定性与精密度的要求显著提高，对其缺口的准确检测和误差测量对于铁路、地铁和轻轨等轨道交通系统的安全运营具有重要的现实意义。

道岔作为进行线路转换的装置，是各轨道交合分离点，目前线路常采用电动转辙机，由于其工作环境通常较为恶劣，列车通过时对其的挤压与磨损及轨道间异物的堆积，极易引发各类故障。转辙机道岔缺口偏移量即是反映其能否正常运作的重要参数之一。通常道岔缺口的异常检测依赖于转辙机内部的机械装置，其检测精度不高。又因整套装置处于密闭腔室内，使得维修人员无法对其内部具体的故障情况进行有效的观测，从而不能及时发现潜在的安全隐患。

2. 研究内容和预期目标

近年来，随着轨道交通的高速发展，道岔作为线路切换的关键装置，对其缺口进行偏移量的检测对于轨道交通的运行与乘客的安全具有十分重大的意义。然而由于其内部机械装置的检测精确度不高，同时人工检测费时费力，易产生误差，因此设计实现一个高精度、自动化的缺口检测系统显得极其重要。

本设计通过在转辙机内部安装小型摄像头，实时查看道岔缺口的工作状态。并通过基于模式识别的图像处理技术，研究实现上下缺口移位的自动检测与误差测量，并对缺口异常进行自动判别和报警，提高检测精度的同时也节约了人力成本。

研究内容：

3. 研究的方法与步骤

本设计利用matlab软件实现道岔缺口图像偏移量的测量。首先拟采用中值滤波算法对道岔缺口图像进行降噪处理，由于中值滤波方法不需要利用图像统计特性，所以该方法在实际运算中较为直观，易于实现。为了进一步提高滤波性能，在降噪的同时保护图像细节，采用加权中值滤波算法，该算法提高了细节保护性能，但其运算时间会有所增加。随后对滤波降噪的缺口图像进行灰度拉伸，提高其对比度。

随后采用基于灰度阈值法的图像分割方法对预处理增强后的图像进行二值化，将图像分为缺口与背景两部分。可在二值图像中突出道岔缺口区域的特征并且弱化背景带来的干扰，提高缺口检测的精确度，实现初步分割。缺口图像经过二值化处理之后，由于背景中有较多部分的亮度值较高，可能与缺口相连，导致缺口发生形变，影响其特征提取。缺口形状一般形状规则，可采用数学形态学进行形状滤波，通过腐蚀与膨胀等算法，分割出目标图像。

最后由于缺口图像上下位置标记可能有略微倾斜，故采取标记其中心点的位置，测量缺口图像的像素偏移量。

4. 参考文献

[1] 徐天芝, 张贵仓, 贾园. 基于形态学梯度的分水岭彩色图像分割[j]. 计算机工程与应用, 2016, 52(11):200-203.

[2] 沃焱, 金璇. 一种基于图的彩色图像分割算法[j]. 华南理工大学学报:自然科学版,2016, 44(9):1-8.

[3] 张莉, 叶志伟, 王明威. 基于差分进化的二维熵图像分割[j]. 应用科学学报, 2016, 34(1):58-66.

5. 计划与进度安排

3.01--3.20，熟悉课题背景，查阅中英文资料，完成毕设开题。

3.21--4.30，开展课题内容，完成课题的主要实验工作和程序调试。

5.01--5.20，撰写毕设论文初稿并完成中英文翻译。