Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Системный анализ, управление и обработка информации

Диссертационная работа:

Егошкин Николай Анатольевич. Система обработки и анализа изображений колесных тележек железнодорожных составов на основе сканерной тепловизионной съемки : дис. ... канд. техн. наук : 05.13.01 Рязань, 2007 175 с. РГБ ОД, 61:07-5/2347

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

1. Анализ технологий дистанционного обследования колесных
тележек железнодорожных составов
11

  1. Содержание задачи обследования колесных тележек железнодорожных составов 11

  2. Анализ существующих технологий обследования колесных тележек 20

1.3. Основные задачи анализа тепловизионной информации 30

Основные результаты 41

2. Алгоритмы и технология геометрической обработки и анализа
тепловизионных изображений колесных тележек
43

  1. Общие модели формирования и геометрического анализа сканерных тепловизионных изображений 43

  2. Геометрические модели формирования изображений с

помощью одной линейки ИК - приемников 51

2.3. Модели и алгоритмы комплектования изображений

от нескольких линеек ИК - приемников 62

  1. Алгоритмы идентификации колесных тележек по данным тепловизионной съемки 74

  2. Алгоритмы определения геометрических характеристик колесных тележек 85

Основные результаты 94

3. Алгоритмы и технология яркостной обработки и анализа
тепловизионных изображений колесных тележек
96

  1. Схема декомпозиции процессов формирования и коррекции тепловизионных изображений 96

  2. Коррекция искажений тракта формирования изображений.... 100

  3. Радиометрическая коррекция по данным калибровки 113

  4. Предварительный анализ сканерных изображений 122

  5. Выявление дефектов 126

Основные результаты 132

4. Реализация системы обработки и анализа изображений колесных

тележек железнодорожных составов 134

  1. Анализ точности алгоритмов обработки информации 134

  2. Информационная технология обработки и анализа тепловизиоиных изображений колесных тележек 144

4.3. Система анализа тепловизиоиных изображений TepIoScan 150

Основные результаты 155

Заключение 156

Список литературы 159

Приложение 172

Введение к работе:

Актуальность работы. Железнодорожный транспорт составляет основу транспортной системы Российской Федерации. В результате интенсивной эксплуатации в сложных метеорологических условиях быстро изнашиваются несущие части подвижного состава: колеса, буксы, рамы колесных тележек, элементы тормозной системы, что может приводить к транспортным авариям, огромному экономическому ущербу и трагическим последствиям. Прежде всего это касается транспортировки людей и опасных грузов, доля которых для территории России составляет примерно 50 % от общего объема перевозок. Остро стоит задача упреждающего выявления различного рода дефектов, которые проявляются в возникновении трещин и изломов на колесных дисках и раме, износе поверхности катания, заклинивании подшипников букс и др.

По мнению многих специалистов современное состояние средств обследования подвижных частей железнодорожного транспорта является неудовлетворительным. Существующие технологии обследования характеризуются низкой эффективностью и недостаточным уровнем автоматизации. Основными инструментами осмотрщиков вагонов были и остаются зрение и слух. Существующие автоматизированные средства контроля морально устарели и мало пригодны для массового обследования подвижного состава. Поэтому разработка современных высокоавтоматизированных систем оперативного обследования железнодорожных тележек является актуальной и практически важной задачей.

Сложность решения данной задачи определяется рядом факторов. Во-первых, массовое обследование транспорта наиболее эффективно проводить во время штатного движения поездов, без дополнительных остановок. В связи с этим возникает проблема создания новых конструкций датчиков, способных измерять те или иные параметры состава во время его движения, поскольку традиционные методы активного обследования (например, ультразвуковые, магнитные) в данном случае не применимы. Во-вторых, возникает проблема выбора контролируемых параметров, так как дефекты чаще всего являются скрытыми и проявляются в незначительных отклонениях состояния объектов от нормы. В-третьих, сложной задачей является анализ и интерпретация измеряемых параметров, поскольку состояние объекта определяется массой случайных факторов (изменение скорости движения, размеров и взаимного положения движущихся частей; различные погодные условия - дождь, снег, туман, температура среды и др). Задача строгого учета мешающих факторов трудно формализуема.

В настоящей диссертации спроектирована система обработки и анализа изображений колесных тележек, в которой используется сканерный принцип тепловизионной съемки. Датчик, построенный на этом принципе, позволяет в сложных условиях наблюдения железнодорожных составов сформировать качественные двумерные изображения подвижных частей. В рамках этой системы разработаны алгоритмы и информационные технологии геометрической и яр-костной обработки и анализа тепловизионных изображений, позволяющие в условиях движения поезда и изменения погодных условий выявлять возможные неисправности колесных тележек.

Степень разработанности темы. Проблеме автоматического анализа состояния железнодорожных тележек в нашей стране и за рубежом уделяется большое внимание. Эта проблема нашла достаточно глубокое освещение в трудах отечественных и зарубежных ученых: Гридюшко В.И., Сендеров Г.К., Шайдуров П.С., Свалухин В.Г., Образцов В.Л., Самодуров В.И., Лозинский С.Н., Алексеев А.Г., Трестман Е.Е., Serafini R., Violi A.G., Бернес Р.Б., Стамфорд Ф.Ш., Сиблей Г.С., Pelino W.M.

В нашей стране решение вопросов обследования тележек сконцентрировано во Всероссийском научно-исследовательском институте железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ). В нем было разработано семейство автоматических диагностических систем ПОНАБ/ДИСК/КТСМ, которые нашли широкое применение на железных дорогах страны (первая система ПОНАБ-1 спроектирована в 1958г, последняя КТСМ-02БТВ в 2002г и внедряется в настоящее время). Разработанные системы служат для комплексного обследования тележек железнодорожного состава; их основу составляют тепловые детекторы перегретых букс и заторможенных колес. Основным недостатком подобных систем является то, что в качестве датчиков используются одноэлементные инфракрасные приемники (ИК-приемники). Поскольку эти приемники не обладают электронной разверткой, то они не обеспечивают детального анализа тепловых полей.

В США и других странах выполнена серия схожих разработок (патенты US 3169735, US 4928910, ЕР 0276201, ЕР 0265538, ЕР 0263896, FR 1217002 и др.), в которых также предлагаются различные одноэлементные детекторы для измерения температуры букс и тормозов проезжающих поездов и которые имеют такие же функциональные ограничения.

В связи с этим предпринимались попытки создания диагностических систем, в которых формируются и обрабатываются двумерные тегаювизионные изображения тележки в целом. Так, в патентах DE 2534123 В2, US 3697744 А, RU 2126754 С1 предложены кадровые тепловизионные системы. Однако из-за конечного времени экспозиции при съемке движущихся поездов в таких системах возникает «смаз» изображений, приводящий к потере точности измерения температуры и, как следствие, к снижению качества контроля.

Специалистами Рязанского государственного радиотехнического университета, ЗАО «Центр перспективных наукоемких технологий» и Российского НИИ космического приборостроения предложена иная концепция построения системы обследования, основанная на сканерном принципе тепловизионной съемки. Формирование тепловых изображений в данной системе осуществляется двумя линейками ИК - приемников, которые устанавливаются с двух сторон от железнодорожного полотна в вертикальном направлении (рис. 1). Развертка изображения по горизонтали достигается за счет движения поезда, а по вертикали за счет периодического высокоскоростного опроса элементов линейки, что позволяет получать изображения без «смаза». Основное содержание настоящей диссертации составляет разработка математических моделей, алгоритмов и программ, обеспечивающих эффективное функционирование систем такого класса.

I

Рис 1, Сканерный принцип съемки тележки ИК - линейкой

Цель диссертации состоит в проектировании системы обработки и анализа изображений колесных тележек железнодорожных составов на основе ска-нерной телловизионной съемки, позволяющей в условиях движения поезда и изменения погодных условий выявлять возможные неисправности ПОДВИЖНЫХ частей.

Для достижения поставленной пели решаются следующие основные задачи:

системный анализ технологий дистанционного обследования колес
ных тележек и формальное описание основных задач обработки тепловизион-
ных изображений при сканерном принципе их формирования;

» разработка алгоритмов и общей технологии геометрической коррекции и анализа тепло в из ионных изображений колесных тележек;

построение алгоритмов поиска и идентификации колесных тележек и отдельных деталей к определения их геометрических характеристик по данным тепловизионной съемки;

разработка алгоритмов и технологии яркостной коррекции и анализа те л лов из ионных изображений;

проектирование системы признаков дефектов колесных тележек на основе анализа тепловизионных изображений;

практическая реализация системы обработки и анализа изображений колесных тележек железнодорожных составов, основанной на сканерном теп-ловизионном принципе съемки.

Научная новизна диссертации предопределяется тем, что в ней впервые выполнена разработка системы обследования колесных тележек железнодорожных вагонов на основе сканерной тепловизионнои съемки. Использование для тепловизионнои съемки линеек приемников ИК - излучения потребовало разработки новых математических моделей, алгоритмов и технологий формирования, коррекции и анализа изображений колесных тележек.

На защиту выносятся следующие новые научные результаты:

геометрическая модель формирования и алгоритм коррекции изобра
жений от тепловизионного сканирующего устройства, которые позволяют уст
ранить координатные искажения, обусловленные изменениями условий тепло
визионнои съемки;

» алгоритмы идентификации колесных тележек и высокоточной оценки их геометрических характеристик на основе сканерной тепловизионнои съемки;

модель тракта формирования сканерных ИК - изображений, основанная на аналитическом описании процесса тепловизионнои сканерной съемки и позволяющая реализовать высококачественную коррекцию возникающих радиометрических искажений;

система признаков дефектов колесных тележек, основанная на двумерном анализе тепловых изображений и позволяющая повысить эффективность выявления тепловых аномалий и возможных неисправностей;

информационная технология обработки и анализа изображений колесных тележек на основе тепловизионнои сканерной съемки, позволяющая автоматизировать трудоемкие процессы обследования железнодорожных составов.

Практическая иенность работы состоит в том, что в ней предложены математические модели, алгоритмы, технологии и программная система анализа колесных тележек железнодорожных составов по их изображениям, формируемым на основе сканерной тепловизионнои съемки в процессе движения поезда при различных метеорологических условиях наблюдения. Данная система позволяет вести комплексный анализ состояния колесных тележек всех проходящих поездов, выявлять неисправности тормозной системы, буксовых узлов, обнаруживать трещины на колесных дисках. Разработанные модели, алгоритмы и технологии создают теоретическую основу для построения эффективных систем тепловизионного обследования движущихся объектов самого различного назначения.

Реализация и внедрение. Диссертация выполнена в Рязанском государственном радиотехническом университете в рамках НИР 43-04, ОКР 13-05, ОКР 23-06.

Результаты диссертационной работы в виде математических моделей, алгоритмов и технологий внедрены в ЗАО «Центр перспективных наукоемких технологий», Российском НИИ космического приборостроения и депо ст. Рыбное Московской железной дороги.

Система TeploScan прошла натурные испытания на станции Рыбное. В результате обработки информации по 93 железнодорожным составам уста-

новлена ее высокая эффективность в плане обнаружения наиболее встречающихся дефектов: неисправностей тормозной системы, буксовых узлов и трещин на колесных дисках.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на 13-й и 14-й международных научно-технических конференциях «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций» (Рязань-2004; Рязань-2005, 2 доклада); 3-й всероссийской конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» (Москва-2005); 9-й, 10-й, 11-й, 12-й всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании» (Рязань-2004, 2005, 2006; Рязань-2007, 2 доклада); 15-й и 18-й всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве» (Нижний Новгород - 2005,2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ: 7 статей и 11 тезисов докладов на международных и всероссийских конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы и приложения. Основной текст работы содержит 148 стр., 33 рисунка и 5 таблиц. Список литературы на 13 стр. включает 119 наименований. В приложении на 3 стр. приведены документы о внедрении и практическом использовании результатов диссертации.

Подобные работы
Брянцев Андрей Анатольевич
Алгоритмы вейвлет-анализа изображений в системах компьютерной обработки информации при производстве герконов и генераторных ламп
Вакунов Николай Вячеславович
Разработка и исследование многомасштабных алгоритмов обработки и анализа изображений в производственных системах контроля качества
Хамухин Анатолий Владимирович
Разработка и анализ высокоэффективных способов и алгоритмов автоматического сопряжения, синхронизации, юстировки изображений, управления поворотными камерами и обработки информации в приборах и системах видеонаблюдения
Абрамов Сергей Степанович
Инвариантный метод анализа распределенных систем обработки информации
Перегуда Евгений Станиславович
Алгоритмы сокращения вычислительной сложности фрактального анализа в системах обработки визуальных данных
Козиенко Леонид Владимирович
Комплексная система автоматизированной обработки и анализа данных двухчастотных GPS-приемников
Багманов Валерий Хусаинович
Информационная технология анализа и обработки данных космических систем наблюдения на основе системной интеграции мультимасштабных концепций
Миронов Александр Сергеевич
Исследование и разработка моделей и методов анализа и синтеза модульных систем обработки данных
Гаврилов Евгений Сергеевич
Модельно-алгоритмическая поддержка анализа транзакционной надежности в системах обработки информации и управления
Воложанина Олеся Александровна
Методы анализа и обработки данных для исследования системы высшего профессионального образования в регионе

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net