基于機器視覺的鐵路異物侵限分布式智能監(jiān)控技術(shù)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(lǐng)域一個新興的應(yīng)用方向和備受關(guān)注的前沿課題,它旨在賦予視覺系統(tǒng)觀察分析場景內(nèi)容的能力,實現(xiàn)監(jiān)測的自動化和智能化,并已在鐵路工程應(yīng)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(shù)實現(xiàn)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(yù)警及安全管

2、理。
　　論文在廣泛搜集、閱讀和分析國內(nèi)外有關(guān)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(chǔ)上,研究了雙目機器視覺、圖像分析、模式識別和狀態(tài)預(yù)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(yù)處理、特征提取、限界確定、異物識別和侵限狀態(tài)預(yù)警的計算模型和實現(xiàn)算法,建立了分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)模型,開發(fā)設(shè)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(yīng)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(yù)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(shù)理論應(yīng)用文獻查閱、分析研究的基礎(chǔ)上,提出了鐵路異物侵限分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計思路。
　　其次,研究了雙目機器視覺的原理與技術(shù),在分析雙目機器視覺的成像及檢測原理的基礎(chǔ)上,依據(jù)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(nèi)外參數(shù),分析了相應(yīng)的圖像去噪、圖像增強和圖像銳化等圖像預(yù)處理算法,提出了一種快速整數(shù)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(shù),
　　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(chǔ)上,深入分析基于數(shù)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(jié)構(gòu)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(xiàn)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(chǔ)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(jié)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(xiàn)了三維空間內(nèi)的異物侵限檢測。
　　然后,研究了鐵路異物侵限狀態(tài)預(yù)警技術(shù),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(yù)

6、警的方法。以動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和模糊分類技術(shù)為基礎(chǔ),將影響侵限等級的各因素用概率方法結(jié)合專家知識進行描述,建立評估及預(yù)警模型,且將模糊分類技術(shù)應(yīng)用到觀測數(shù)據(jù)的處理,依據(jù)推理算法得到預(yù)測結(jié)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(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)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(guān)系,對監(jiān)控行為進行了形式化的描述,并就Ag