高速列车动态包络线测量一种现场快速标定方法

列车动态包络线是评定列车安全运行的一项重要指标,基于双目立体视觉的方法是目前能够实现速度超过200 km/h列车动态包络线测量的唯一方法.因受到大视场和标定时间的严格限制,便携的标定设备、易于搭建的靶标和快速的标定算法便成为标定过程需要满足的三个条件.本文提出一种新的基于双目立体视觉的大视场现场快速标定方法,设计轻型便携靶标,靶标上40个反光标记点表示铁轨坐标系,并用于计算双相机内外参数.并且,双相机仅需同时拍摄一张靶标图像,就能实现双相机内外参数快速一体化标定.实验结果表明,该方法测量精度可达±1 mm,能够满足高速列车动态包络线测量现场标定要求.     

高速列车动态包络线测量系统现场校准方法的优化（英文）

高速列车动态包络线是指车体在运行过程中受各种不利因素影响所导致的最大极限轮廓。针对当前动态包络线测量系统存在标定过程繁琐、辅助设备不便携带、系统受场地因素制约严重等缺点,本文提出采用两个配置变焦镜头的高速相机作为测量系统的双目视觉传感器,设计并制作可快速重构的高精度三维靶标,通过共线性约束优化算法完成视觉传感器内参数和各空间位置关系参数的标定工作。该标定方法操作简单,标定设备便于携带,同时克服了双目相机与被测车体间严格的距离约束,增强了测量系统对复杂场地的适应性。实验表明,当双目相机距被测车体8-16m时,系统标定精度可达±0.5mm,满足高速列车动态包络线的测量要求。     

高速列车动态包络线测量系统现场校准方法的优化

高速列车动态包络线是指车体在运行过程中受各种不利因素影响所导致的最大极限轮廓。针对当前动态包络线测量系统存在标定过程繁琐、辅助设备不便携带、系统受场地因素制约严重等缺点,本文提出采用两个配置变焦镜头的高速相机作为测量系统的双目视觉传感器,设计并制作可快速重构的高精度三维靶标,通过共线性约束优化算法完成视觉传感器内参数和各空间位置关系参数的标定工作。该标定方法操作简单,标定设备便于携带,同时克服了双目相机与被测车体间严格的距离约束,增强了测量系统对复杂场地的适应性。实验表明,当双目相机距被测车体8-16 m 时,系统标定精度可达±0.5 mm,满足高速列车动态包络线的测量要求。     

服役过程中高速列车动态损失定量分析方法

高速列车故障所导致的事故会造成很大的经济损失与社会影响,而现有的高速列车风险评估方法未能考虑列车服役过程中外界环境的时变特性.选择考虑多环境因素共同作用下的动态损失系数对静态值进行更新,建立适用于高速列车的运行风险定量评估方法.通过对与损失密切相关的典型环境因素进行分析,首先利用逻辑斯蒂分布构建不同环境因素对高速列车运...     

野外大视场单相机空间坐标测量系统的快速标定

针对靶场现场监测范围大,相机焦距不固定,相机空间位置及角度各不相同的情况,为实现对弹落点空间坐标位置的高精度自动测量,提出了一种在野外大视场环境下使用的基于单相机空间坐标测量系统的快速标定方法。首先,在小孔成像模型的基础上,通过GPS测量获得视场内两个标定点及相机在大地坐标系中的坐标;然后读取标定点的像素坐标,根据对角相等及最小二乘法实现焦距与旋转矩阵的分步标定;最后在保证标定精度前提下,略去主点的标定过程,确定相机主点为理想主点位置。实验结果表明,在测试距离1km以外,对视场宽度为200m的区域进行监测时,校验点相对定位误差低于0.25%。该相机标定方法不需要高精度靶标,操作简单,适用于野外大视场环境下单相机空间坐标测量系统的快速标定。     

国外高速列车发展动态

随着全球经济的发展，国外高速机车车辆、快速城轨交通、货运重载车辆、公铁两用车辆等先进技术的应用与研发强劲不衰。据世行铁路数据库统计，世界上目前共有8.6万台内燃机车，2.7万台电力机车，380万辆货车和18万辆客车。预计到2010年大约将制造各种机车车辆17．7万辆，其中16万辆货车，700辆轻轨车辆，1900辆地铁车辆，[第一段]     

大视场双目视觉传感器现场标定方法

针对大视场视觉测量应用,分析了摄像机和双目视觉传感器的数学模型,提出了一种基于基线尺的大视场双目视觉传感器标定方法。在测量空间内任意多次摆放基线尺,两摄像机拍摄基线尺图像。利用基本矩阵及基线尺上两特征点之间距离的约束,采用线性解和非线性优化方法结合同时估计摄像机的内部参数以及双目视觉传感器的结构参数。该标定方法操作简单,标定效率高,无需初始参数即可估计双目立体传感器的全部参数。实验结果表明该方法在6000mm×4500mm的范围内可以达到0.06mm的测量精度,适合双目立体视觉传感器的现场标定。     

高速列车驱动齿轮内部动态激扰影响分析

为了分析齿轮内部动态激扰对高速列车结构振动的影响,首先采用有限元方法得到啮合齿对的时变啮合刚度曲线,根据齿轮精度确定齿面误差曲线,求出齿轮包括刚度激励和误差激励的内部动态激励。将求出的内部动态激励导入到车辆系统动力学,建立考虑齿轮内部动态激励的高速列车动车非线性动力学模型。仿真结果表明,齿轮内部动态激扰对车体和构架的振动基本没有影响,对电机和齿轮箱的振动有一定的影响,尤其体现在垂向和点头方向,当构架考虑成弹性体时,这一现象更为明显。     

多摄像机结构光大视场测量中全局标定方法

多摄像机结构光大视场测量系统,存在摄像机空间分布广、摄像机之间无公共视场角、标定模型复杂等问题。所以采用合适方法对多摄像机与结构光进行高精度全局标定非常关键。提出将二维平面靶标与一维靶标相结合,分步对摄像机及结构光进行全局标定。首先,综合考虑摄像机镜头畸变,采用二维平面靶标对单个摄像机内部参数进行离线标定。借助一维靶标对摄像机及结构光外部参数进行在线标定。将一维靶标上距离已知的共线特征点作为约束条件,逐个求解相邻摄像机坐标系之间外部参数。任选一个摄像机作为全局坐标系,通过相邻摄像机坐标系外部参数矩阵逐步换算,求解每个摄像机坐标系与全局坐标系外部参数。同理,采用一维靶标,至少获取激光平面上3个非共线特征点全局坐标,计算激光平面方程。最后,综合所有摄像机内外部参数、激光平面方程系数,建立多摄像机结构光大视场测量系统全局测量模型。标定试验和现场实际应用表明文中所提方法切实可行。     

一种新型钢卷尺零位标定方法（英文）

由于传统检定系统无法准确标定在零点位置具有可移动尺钩结构的部分钢卷尺的零位误差,提出了一种基于机器视觉的测量系统来完成钢卷尺零位误差的标定方法。结合钢卷尺钩量与顶量两种方式,设计了双基准面结构配合双基准线作为标准量,对比标准量与待测尺上尺头零位到500mm刻线之间示值距离的差值,实现了零位标定。线纹比对依托机器视觉实现,将图像处理过程结合双基准线计算了浮动像素当量值。实验结果表明,本方法的零位误差标定结果重复性可达0.006mm,满足国家标准钢卷尺检定规程要求。     

大视场远距离视觉测量系统的分步标定

为了克服工程大视场标定精度不高、标靶加工难度大以及现场操作繁琐的问题,本文基于工业近景摄影测量基本原理提出一种大视场多相机内、外参数的分步标定方法。首先,根据相机透视投影模型,在近距离采用小幅面标靶和角锥体法完成相机前截面内参数的解算;然后,在远距离被测空间内布置若干编码标志点,利用多片后方交会原理计算得到相机外参数;最后,对相机内、外参数进行整体光束平差优化,实现精确标定。为验证该方法的可行性和精度,进行了大视场视觉测量实验,测量结果表明本文标定方法的重投影误差小于0.08像素;外场试验实测10 m直升机旋翼总距角的相对误差小于0.1°。该方法可实现相机内参数标定实验室进行、外参数标定外场完成的操作分离。     

内外激励下高速列车齿轮箱箱体动态响应分析

对高速列车齿轮箱箱体结构的动态响应特性进行分析。对齿轮传动系统内部和外部动态激励进行数值模拟,建立考虑轮齿啮合的高速列车动力车整车动力学模型,内部激励主要考虑齿轮的时变啮合刚度、轮齿啮合阻尼和传递误差,外部激励主要考虑异步电动机的谐波转矩和轨道激励,得到恒功率牵引工况下齿轮传动系统的动态载荷。建立齿轮箱箱体的有限元模型,利用直接积分法分析动态载荷作用下箱体的动态响应,并针对相关频率进行谐响应分析。结果表明,考虑轮齿啮合才能得到齿轮传动系统的高频振动,箱体结构能够满足正常的运营需求,异步电动机谐波转矩频率和齿轮啮合频率在箱体动态响应的主频中都有体现,在箱体结构设计时,应注意箱体自身模态频率与外界频率的错开,以免发生共振。     

高速列车传动系统动态特性分析

以国内现有高速车型为研究对象,综合考虑驱动系统齿轮传动刚度时变特性,实际列车牵引特性和基本阻力特性,通过建立高速列车三维动车动力学模型开展高速列车传动系统与车辆动力学相互作用的研究。齿轮啮合刚度时变特性使得齿轮传动内部产生激励,在刚度激励和啮入冲击激励作用下轮对垂向振动响应较大,但不影响轮对其它运动形态;由于轮轨接触的负斜率特性,仿真分析了轮对出现失稳振动后传动系统的响应,发现相对轮对旋转振动而言轮对纵向振动对列车驱动系统的影响更大,但这两种振动形态往往通过轮轨切向力耦合在一起。     

野外空间坐标测量中的任意姿态多目相机快速标定

针对野外复杂地形环境下,对于多个监测区域进行野外坐标测量的情况,提出一种利用双目立体视觉原理对相机3个姿态角及焦距同时进行现场校准的快速标定方法。该方法对传统的标定方法进行改进,可用于相机焦距、姿态未知的情况,对现场环境条件要求低,避免了传统标定方法中相机架设姿态受限的问题。首先通过选择合适的统一世界坐标系和坐标系旋转顺序,使标定得到的相机外参与相机姿态角对应。然后通过GPS测量得到两个标定点的世界坐标,将两个标定点的世界坐标和图像坐标代入成像模型,用最小二乘法解出相机的焦距和姿态角。在现场对其中一个监测区域进行实际测量验证,结果显示直径200 m的圆形监测区域内,相对误差优于0.38%。该方法工程应用性强,灵活度高,适用性广。     

二维柔性拼接标定方法

针对大视场摄像机标定中高精度大尺寸靶标加工困难,小尺寸靶标标定精度不高的问题,提出了一种二维柔性拼接标定方法。二维柔性拼接靶标由多个小平面标定板(又称为子标定板)组成,每个子标定板平面上分为匹配区和扩展区,其中匹配区由编码点组成,多个子标定板通过编码点进行匹配,虚拟拼接成一个大面积的平面靶标(又称为母标定板),通过计算可以得到母标定板上的坐标值及其相应的像点,从而可以标定出摄像机的内参数。仿真和实验结果表明,该方法和大面积的靶标标定的精度相当,当大面积标定板上的标志点和子标定板扩展区标志点数相同时,其标定相对误差为2%左右。该方法的优点在于制备标定板灵活方便,可以无限制地扩展标定面积。     

考虑故障工况的悬吊单轨动态包络线计算方法

针对悬吊式单轨车辆结构特点,详细分析了悬吊结构对车辆姿态的影响,推导出悬吊车辆柔度系数和车体侧滚缩减系数,适用于各种一系、二系悬挂和悬吊铰接结构.根据车辆动态包络线计算原则和悬吊结构特点,考虑侧滚中心高、实际侧滚角和重力回复效应,推导出车体动态包络线计算公式.根据UIC 505计算方法,给出了典型悬挂故障工况下的动态包...     

大视场双目视觉传感器的现场标定

分析了摄像机和双目视觉传感器的数学模型,针对大视场视觉测量应用,提出了一种基于基线尺的大视场双目视觉传感器标定方法。在测量空间内任意多次摆放基线尺,由两摄像机拍摄基线尺图像。利用基本矩阵及基线尺上两特征点之间距离的约束,采用线性解和非线性优化相结合的方法同时估计摄像机的内部参数以及双目视觉传感器的结构参数。该标定方法操作简单,标定效率高,无需初始参数即可估计双目立体传感器的全部参数。实验结果表明,该方法适合双目立体视觉传感器的现场标定,在6000mm×4500mm的范围内可以得到0.06mm的测量精度。     

一种基于棋盘格的高精度分区域相机标定方法（英文）

在视觉测量系统中,相机的标定精度至关重要,将影响整个测量系统的精度。针对现有相机标定方法难以兼顾精度和操作复杂度的问题,本文提出了一种基于棋盘格的高精度分区域相机标定方法。首先,将棋盘格置于不同位置,提取不同位置角点的世界坐标和像素坐标,对所有角点用线性变换和非线性最优算法求解出全局标定参数。然后,将角点分为中间区域角点和边缘区域角点,对两区域角点分别标定得到两组分区域标定参数。标定实验结果表明:与全局标定法相比,分区域标定法的图像平均投影误差至少降低16%。该方法操作简单,精度高,可以很好的应用于工业视觉检测。     

寻北仪基座倾角测量系统零位的一种动态标定方法研究

阐述了基于电解质型倾角传感器的寻北仪基座倾角测量系统的工作原理。为了得到基座准确的倾斜量,测量系统首先必须进行零位标定,即在基座倾角为零时,要确定系统的输出电压。考虑到系统的输出电压会受到温度、运输、振动、放置变形、传感器安装调校误差及电路电桥非严格对称等各种环境因素的影响,标定的零位并不是固定不变的。为了提高测量精度,设计了一套全新的动态标零方法,即在测量过程中,临时标定零位,从而消除系统误差的影响。     

一种基于视觉测量的SCARA机器人标定方法

为提高SCARA机器人的精度,以SCARA机器人的零点标定方法为研究对象,校正因机械加工误差、装配间隙误差和零件磨损等因素造成实际臂长与设计臂长的偏差,还有因SCARA机器人的大小臂没有完全重合在一条直线上造成实际零点位置与理论位置的偏差。通过相机和图像识别技术,精确地定位出标定器上两个辅助点的位置,依据SCARA机器人的正反解和两点法标定的方法,以此标定出零点的实际位置和机器人大小臂的实际长度。所提出的SCARA机器人零点标定方法操作简单,精度较高,与一般的零点标定方法相比,该方法不需要依靠昂贵的设备,能满足大部分情况下机器人的工作要求。实验结果表明,经过标定后,机器人的位置误差在0.06 mm以内,大臂的长度误差在0.03 mm以内,小臂的长度误差在0.025 mm以内。