Разработка и исследование оптико-электронных систем контроля положения железнодорожного пути в продольном профиле и плане относительно реперных меток

• Автор: Пантюшин, Антон Валерьевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 170 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ В ПРОФИЛЕ И ПЛАНЕ
И УСЛОВИЙ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
1ЛЛ Оптико-электронные системы контроля положения
железнодорожного пути в относительной системе координат
1Л.2 Оптико-электронные системы контроля положения
железнодорожного пути с внутренней базой
1Л.З Оптико-электронные системы контроля положения
железнодорожного пути с вынесенной базой
1.2 Оптико-электронные системы контроля положения железнодорожного пути в абсолютной системе координат
1.2Л Системы, построенные на основе автоматизированных геодезических приборов
1.3 Системы, использующие технологию вРБ/ГЛОНАС
1.3.1 Системы, реализующие распределенный метод
1.4 Классификация и сравнение систем контроля положения железнодорожного пути
1.5 Характерные условия эксплуатации ОЭСКП
1.5.1 Характеристики температуры
1.5.2 Характеристики изменений пропускания воздушного
тракта при работах железнодорожного транспорта
1.5.3 Фоновые помехи
1.5.4 Характеристики пространственного положения
железнодорожного пути
1.6 Выводы по 1 главе
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ И МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ В ОЭСКП
2.1 Обобщенная модель оптико-электронной системы контроля положения железнодорожного пути в абсолютной системе координат
2.2 Математическое описание преобразований измерительной информации в ОЭСКП на базе теории машинного зрения
2.3 Подходы к принципиальному построению схем ОЭСКП и взаимодействию элементов
2.3.1 Подходы к принципиальному построению реперной метки
2.3.2 Подходы к построению фотоприемного блока
2.3.3 Внешнебазовый вариант построения ФБ с трипойдоной меткой
2.3.4 Внутрибазовый вариант построения ФБ с активной РМ..
2.4 Возможности комплексирования информации в ОЭСКП

2.4.1 Оценка возможностей комплексирования информации по методу межкадровой разности
2.4.2 Исследования оценки координат изображений РМ при спектрозональных измерениях с единого матричного поля анализа
2.5 Исследование влияния движения ОЭСКП на формирование изображения на матричных фотоприемниках и точность определения положения изображений РМ
2.5.1 Особенности регистрации изображения реперной метки относительно движущейся ОЭСКП с приемниками на основе
фотоприемников с глобальным затвором
2.5.2 Особенности регистрации изображения реперной метки относительно движущейся ОЭСКП с приемниками на основе
фотоприемников с бегущим затвором
2.6 Выводы по главе
3 ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОЭСКП
3.1 Методики расчета параметров в компьютерных и физических моделях ОЭСКП
3.1.1 Особенности расчета и выбора параметров блоков ОЭСКП
3.1.2 Взаимосвязь величин горизонтального и вертикального полей анализа отображения РМ на МФП с диапазоном измеряемых величин, скоростями перемещения ББ и временем экспозиции в МФП
3.1.3 Методика энергетического расчета эффективного зрачка объектива ОЭСКП
3.1.4 Подходы к выбору элементов оптических схем
основанных на габаритно-энергетическом критерии
3.2 Методы повышения помехозащищенности ОЭСКП
3.3 Погрешности контроля параметров возникающие в процессе функционирования ОЭСКП
3.3.1 Первичные частичные погрешности ОЭСКП
3.3.2 Понятие потенциальной точности в ОЭСКП
3.3.3 Систематическая погрешность вычисления координат РМ
от погрешности задания заднего отрезка объектива канала ФБ
3.3.4 Систематическая погрешность вычисления координат РМ
от погрешности задания базовых отрезков каналов ФБ
3.3.5 Систематическая погрешность вычисления координат от погрешности сведения осей координат в каналах ФБ
3.3.6 Погрешности от наклона фотоприемного блока
3.3.7 Систематические погрешности от влияния защитного стекла фотоприемного устройства
3.3.8 Оценка погрешности измерений от воздействия вертикального градиента температуры воздушного тракта
3.3.9 Экспериментальные исследования статических погрешностей ОЭСКП
3.3.10 Исследование динамических погрешностей ОЭСКП

3.3.11 Суммарная погрешность основных составляющих погрешностей измерений системы
3.4 Выводы по 3 главе
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ХАРАКТЕРИСТИК УНИВЕРСАЛЬНЫХ РЕШЕНИЙ ОЭСКП НА СТАДИИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ, ПРИЕМОЧНЫХ,
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ
4.1 Разработка универсального решения оптико-электронной системы для контроля положения железнодорожного пути
4.2 Конструкция составных частей универсальной ОЭСКП..
4.2.1 Базовый блок
4.2.2 Реперная метка
4.2.3 Фотоприемный модуль
4.2.4 Блок обработки
4.3 Особенности построения ОЭСКП
4.4 Описание программного обеспечения
4.4.1 Развитый алгоритм вычислений координат в ОЭСКП
4.4.2 Описание интерфейса программного обеспечения..
4.5 Испытания ОЭСКП
4.5.1 Предварительные испытания
4.5.2 Приемочные испытания
4.6 Выводы по 4 главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ПРИЛОЖЕНИЕ Г

системы с матричными фотоприемниками и использованием подходов компьютерного зрения.
В соответствии с разработанной классификацией и критическим анализом существующих систем для условий эксплуатации (в процессе выправки и рихтовки) сделан вывод о целесообразности проведения исследования и разработки ОЭСКП, которые обладают необходимыми свойствами для различных технологических железных дорог.
В соответствии с изложенным выше, целью настоящей работы являются исследование, проектирование и реализация опытных образцов адаптивных ОЭСКП на основе современных матричных фотоприемных структур и цифровых методов обработки информации о положении РМ, позволяющих контролировать одновременно и непрерывно положение железнодорожного пути в продольном профиле и плане и обеспечивать при этом работу современных автоматических систем управления выправкой пути и оценки качества работы путевых машин.
Для достижения поставленной цели следует решить ряд задач.
1. Создание обобщенной модели исследуемых ОЭСКП, анализ особенностей обработки измерительной информации в них и теоретические исследования характеристик их элементов.
2. Разработка и исследование компьютерных моделей оптико-электронных модулей и способов комплексирования информации в ОЭСКП.
3. Разработка алгоритмов и программ обработки информации и управления функционированием физических моделей каналов ОЭСКП.
4. Разработка методик проектирования ОЭСКП и реализация на их базе документации на типовые опытные образцы.
5. Анализ и оценка степени влияния основных источников погрешности контроля и разработка методов их уменьшения.
6. Разработка методик и автоматизированных средств экспериментального исследования элементов и опытных образцов ОЭСКП.