基于圖像特征的列車自主定位方法研究.pdf

1、綜合檢測列車是重要的基礎(chǔ)設(shè)施檢測裝備，是高速鐵路安全運(yùn)營的保障。實(shí)時(shí)高精度的位置信息是綜合檢測列車準(zhǔn)確檢測的前提，研究一種高精度自主定位方法對(duì)高速綜合檢測列車國產(chǎn)化和提高我國既有線基礎(chǔ)設(shè)施檢測水平具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 論文分析了綜合檢測列車定位需求的特點(diǎn)，首次提出視覺應(yīng)答器（visual Balise，VsB）的概念，探討了利用地圖匹配和圖像特征識(shí)別軌旁及軌道自身視覺應(yīng)答器，并用它們校正里程計(jì)累積誤差從而實(shí)現(xiàn)綜合檢測列車連

2、續(xù)、高精度、車載自主定位的方法。該方法包括確定視覺應(yīng)答器捕獲區(qū)間，視覺應(yīng)答器圖像特征識(shí)別與定位，視覺應(yīng)答器實(shí)際精確位置計(jì)算三個(gè)步驟。 為了確定列車是否進(jìn)入視覺應(yīng)答器的捕獲區(qū)，需要進(jìn)行列車位置估計(jì)。論文首先提出了基于GPS與稀疏柵格地圖匹配的列車初始定位方法，隨后結(jié)合GPS位置輸出和線路先驗(yàn)數(shù)學(xué)模型，利用最近點(diǎn)估計(jì)和極大后驗(yàn)概率估計(jì)方法給出了直線軌道的列車位置估計(jì)；針對(duì)上述兩種估計(jì)方法在曲線上計(jì)算量大和曲率匹配無法在圓曲線上定位的

3、弊端，提出了基于曲率和航向組合匹配的曲線列車定位方法。 針對(duì)軌旁視覺應(yīng)答器的識(shí)別，提出了利用特征點(diǎn)虛擬軌跡確定搜索區(qū)域，利用軌跡線灰度投影將軌旁視覺應(yīng)答器從圖像中分割出來的方法；并利用支撐矢量機(jī)對(duì)分割出來的圖像進(jìn)行了分類和識(shí)別。 針對(duì)線路自身視覺應(yīng)答器，首先將道岔特征檢測轉(zhuǎn)換為圖像中直線的檢測，提出了利用圖像截面灰度投影生成候選軌道集合，利用Hough變換驗(yàn)證軌道真實(shí)性的檢測方法。該方法克服了標(biāo)準(zhǔn)Hough變換計(jì)算量大的

4、缺點(diǎn)，同時(shí)利用了Hough變換抗噪性好的優(yōu)點(diǎn)來驗(yàn)證軌道真實(shí)性，因此能夠快速準(zhǔn)確地檢測出軌道特征。 為計(jì)算視覺應(yīng)答器的實(shí)際位置，論文提出了基于單幅圖像的一維簡化定位模型，分析了模型誤差；論文還利用平行鋼軌軌距為常數(shù)的特征，提出了等比率立體三角定位方法，相對(duì)于平面三角定位提高了測量精度。 理論計(jì)算和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)均表明，利用圖像特征識(shí)別視覺應(yīng)答器，并將其校正里程計(jì)誤差的定位方法能夠滿足綜合檢測列車的定位需求，為綜合檢測列車提供了一