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開(kāi)題報(bào)告書課題名稱接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)課題來(lái)源自課題類型學(xué)生軟件+電氣2013-接觸網(wǎng)是一種沿鐵路線上設(shè)立的特殊形式的輸電線路，其由支柱與基礎(chǔ)、定位裝置、支持裝置、接觸懸掛及供電輔助設(shè)施等幾部分組成，它的主要功能是通過(guò)受電弓和接觸線的直接接觸為行進(jìn)的電力機(jī)車提供可靠且間斷的電能。在對(duì)接觸懸掛的科學(xué)設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)的同時(shí)，進(jìn)行一系列的狀態(tài)檢測(cè)也是保證接觸線與受電弓良好接觸及可靠受流的不可缺少的重要環(huán)節(jié)。接觸網(wǎng)狀態(tài)檢測(cè)從以前到現(xiàn)在，大多依靠人工作業(yè)，接觸網(wǎng)工人利用標(biāo)尺在需要檢修的線路的天窗時(shí)間進(jìn)行定點(diǎn)檢測(cè)。這種檢測(cè)方式效率低，勞動(dòng)作業(yè)內(nèi)容多、雜，對(duì)作業(yè)人員的技術(shù)要求高，而且存在很大的人身安全隱患。同時(shí)，在測(cè)量誤差上，由于人工作業(yè)會(huì)觸碰接觸線導(dǎo)致抖動(dòng)，引起一定的測(cè)量誤差，增加了線路的工作量。并且高速鐵路客運(yùn)專線新線的開(kāi)通以在一些條件苛刻的鐵路沿線上，由于野外地形的多隧道和彎道的存在，常常是接觸網(wǎng)問(wèn)題的多發(fā)地區(qū)，給接觸網(wǎng)工帶來(lái)頻繁工作的同時(shí)，也增加了性。所以，開(kāi)發(fā)一套自動(dòng)化的接觸網(wǎng)狀態(tài)檢測(cè)系，利用高效的檢測(cè)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析處理方法對(duì)接觸網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和分析顯得及其重要和經(jīng)濟(jì)。一套實(shí)用的接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，可以幫助鐵路系統(tǒng)更加安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)的同時(shí)，也進(jìn)一步的保證了鐵路工作人員的人身安全。常安全運(yùn)營(yíng)時(shí)的參數(shù)進(jìn)對(duì)比，來(lái)分析和評(píng)價(jià)其現(xiàn)在的工作狀況，以便安排類檢修任務(wù)。隨著國(guó)內(nèi)高速鐵路客運(yùn)專線新線的建設(shè)和鐵路電氣化提速改造，接觸網(wǎng)幾何參數(shù)的檢測(cè)問(wèn)題也成為鐵路研究工作者的研究重點(diǎn),引起我國(guó)相關(guān)鐵路部門的高度重視。接觸網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展較早的是德國(guó)，通過(guò)在受電弓上安裝加速度傳感器和壓力傳感器，測(cè)試沖擊加速度、弓網(wǎng)接觸壓力和離線等動(dòng)力學(xué)參數(shù)。優(yōu)點(diǎn)是獲得的動(dòng)力學(xué)參數(shù)極為準(zhǔn)確，但缺點(diǎn)是桿位定位、測(cè)試項(xiàng)目不全、壓力測(cè)試設(shè)備在溫度變化時(shí)需要頻繁標(biāo)定。目前國(guó)內(nèi)在接觸網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)方面的測(cè)量方法主要有兩種：接觸式檢測(cè)和非接觸式檢測(cè)。傳統(tǒng)的接觸式檢測(cè)方法一般采用尺、鋼卷尺、絕緣測(cè)桿等工具進(jìn)量作業(yè)，雖對(duì)力學(xué)參數(shù)造成一些不利影響，但在低速下測(cè)量的導(dǎo)線高度及拉出值等基本幾何參數(shù)較為準(zhǔn)確。而非接觸式檢測(cè)法，也主要通過(guò)兩種途徑進(jìn)量。其中一種常用的是CCD成像檢測(cè)法，它是利用安裝在列車頂部的高速機(jī)對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行拍攝，通過(guò)像位置計(jì)算出接觸線相對(duì)機(jī)的橫向偏移和高度從而得到接觸線的拉出值和導(dǎo)高等幾何參數(shù)。本文就是第二種方法，利用激光掃描儀設(shè)備接觸網(wǎng)的幾何參數(shù)進(jìn)行、分析、歸納和。并且提出兩種安裝方式，一種基于手推式小車進(jìn)行，一種基于接觸網(wǎng)檢修車進(jìn)行。本文研究手推式小車進(jìn)行，接觸網(wǎng)檢修車是種展望，也是未來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的研究方向。三、課題研究在學(xué)習(xí)理解接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)檢測(cè)的理論知識(shí)基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有的激光設(shè)備511-20100，基于接觸網(wǎng)的自身特點(diǎn)以及以往的人工測(cè)量方法，設(shè)計(jì)并用C++語(yǔ)言編寫接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的軟件，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)檢修過(guò)程中最重要的兩個(gè)參數(shù)導(dǎo)高及拉出值的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，并驗(yàn)證所編寫的軟件的正確性及實(shí)用性。本課題主要研究以下內(nèi)容：學(xué)習(xí)、掌握激光設(shè)備SICK511-20100工作原理及數(shù)據(jù)提取，為軟件系統(tǒng)的編寫提供基過(guò)利用德國(guó)激光產(chǎn)品SICK511-20100和筆記本電腦，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)幾何參數(shù) ：接觸網(wǎng)；拉出值；導(dǎo)高；激光DesignandImplementationofGeometricalParameterDetectionSystemforCatenaryInthisthesis,asetofnon-contactcatenaryinspectionsystembasedonlaserscanningtechnologyisdesigned,whichmainlyusestheGermanlaserproductSICK511-20100andnotebookcomputertorealizethepull-outvalueandthehighofconductor,Automaticdetectionanddatapreservation.Thepurposeistoprovideamoreconvenientandefficientdetectionsolutionfortheconstructionormaintenanceofthecatenary,toreducetheerrorsandsafetyproblemscausedbymanualtesting,andto etheimpactofcomplexfactorssuchasweather,toimproveworkefficiencyandenhancesafetycoefficient.Inthisthesis,throughthecollectionandysisofdomesticandforeigncatenarydetectionschemeoftheprosandcons,aswellasthecontactlineofvariousmodelspecifications,designedinlinewith'srailwayconstructionandmaintenanceofthedetectionsystem,whichincludesthehardwaresystemanddetailedsoftwaresystemdesign.The511-20100realizesthecommunicationandthesignalacquisitionandysiswiththenotebookcomputer,andthesoftwaresystemrealizestheimagedisyanddataoutputoftheheightofconductorandthestagger.Amongthem,thedataoutput canbeprinteddirectlyforcomparisonwiththestandardvalueofthecatenarydesigndrawingstoimprovetheefficiencyoffieldcontactsystemworkers.:Catenary;Stagger;Heightofconductor;Laser學(xué)專軟件工程+電氣工程及其自動(dòng)畢業(yè)設(shè)計(jì) )題目接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：得指導(dǎo)教師簽字： 評(píng)閱人評(píng)語(yǔ)：得評(píng)閱人簽字： 學(xué)專軟件工程+電氣工程及其自動(dòng)畢業(yè)設(shè)計(jì) )題目接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)答辯小組評(píng)語(yǔ)：等組長(zhǎng)簽字： 答辯意見(jiàn)等答 簽字 日（學(xué)院公章注：答辯小組根據(jù)評(píng)閱人的評(píng)閱簽署意見(jiàn)、初步評(píng)定成績(jī)，交答辯審定，蓋學(xué)院公章“等級(jí)”用優(yōu)、良、中、及、不及五級(jí)制（可按學(xué)院制定的畢業(yè)設(shè)計(jì) )成績(jī)?cè)u(píng)定辦法評(píng)定最后成績(jī)答辯記錄學(xué)畢業(yè)屆專業(yè)軟件工程+電氣工程及其自動(dòng)接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)答辯組成員（簽字答辯記錄記錄人（簽字 緒 接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn) 研究背景和意 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn) 接觸式檢測(cè) 非接觸式檢測(cè) 本文主要工作及內(nèi)容安 接觸網(wǎng)接觸線及幾何參 國(guó)內(nèi)外接觸線使用規(guī)格標(biāo) 接觸網(wǎng)接觸線高 接觸網(wǎng)拉出 本章小 接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè) 方案設(shè) 系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)分 系統(tǒng)總體方 系統(tǒng)整體工作流 硬件系統(tǒng)設(shè) 硬件系統(tǒng)構(gòu) 激光掃描儀選型及簡(jiǎn) 傾角儀選 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及控制 電源系 軟件系統(tǒng)設(shè) 掃描儀數(shù)據(jù)幀分 通信設(shè) 導(dǎo)高、拉出值信息提取算法設(shè) 導(dǎo)高、拉出值圖像繪 數(shù)據(jù)保 界面設(shè) 系統(tǒng)測(cè) 本章小 總 參考文 附錄A英文文獻(xiàn)翻譯-英文原 附錄B英文文獻(xiàn)翻譯-中文翻 緒接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)接觸網(wǎng)是電氣化軌道交通中所特有的沿軌道線空架設(shè)的一種特殊形式的輸電線電系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分之一[2]。由自身車頂?shù)氖茈姽徒佑|網(wǎng)接觸線的良好接觸來(lái)獲得電能產(chǎn)生動(dòng)力來(lái)源的電力機(jī)車，其受流質(zhì)量的高低時(shí)時(shí)刻刻受到接觸網(wǎng)接觸線的運(yùn)行狀態(tài)的以及接觸網(wǎng)檢修工程車進(jìn)行一系列的配合工作構(gòu)成的接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)[5]1-1 主要通過(guò)德國(guó)激光掃描儀產(chǎn)品SICK 511-20100進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的掃描，硬件設(shè)計(jì)框圖比圖1-1所示更為簡(jiǎn)單，高效。工作業(yè)檢測(cè)。接觸網(wǎng)工人利用絕緣桿或者線墜在需要檢修的線路的天窗時(shí)間進(jìn)行定點(diǎn)檢量誤差，增加了線路工作量。并且高速鐵路客運(yùn)專線新線的開(kāi)通以及在一些條件苛接觸網(wǎng)工帶來(lái)頻繁工作的同時(shí)，也增加了性。所以，在接觸網(wǎng)作業(yè)中，開(kāi)發(fā)一套自動(dòng)化的非接觸式的接觸網(wǎng)狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，利由于接觸網(wǎng)在電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)中的重要性和特殊性,2050年代以來(lái),國(guó)內(nèi)外研究人員在國(guó)家鐵路條件和技術(shù)水平的基礎(chǔ)上,對(duì)接觸網(wǎng)檢測(cè)方法的發(fā)展做了大量線墜法：也是最早使用的接觸式接觸網(wǎng)測(cè)量法。其通過(guò)采用一根帶有特制的線刻度對(duì)接觸線的拉出值進(jìn)量，并用卷尺測(cè)量線墜長(zhǎng)度來(lái)得出接觸線的導(dǎo)高[10]。這種方道內(nèi)測(cè)距離接觸線的距離l1、l2，再用鋼卷尺測(cè)出軌距d，就可以運(yùn)用三角形的余弦定理算出角度α或者β，就可以算出該點(diǎn)的接觸線的導(dǎo)高h(yuǎn)1和拉出值[11]1-2所示，而實(shí)際作業(yè)圖實(shí)例如圖1-3所示。1-21-3參數(shù)的同時(shí)還能檢測(cè)弓網(wǎng)之間相互聯(lián)系的動(dòng)力學(xué)參數(shù),能實(shí)時(shí)反映了當(dāng)前弓網(wǎng)之間的運(yùn)行且接觸式檢測(cè)電路需要低電壓，存在著易電磁干擾、維修和成本高等問(wèn)題。基于激光掃描的測(cè)量：主要通過(guò)利用激光掃描設(shè)備對(duì)接觸線進(jìn)行不間斷掃描、、圖1-4DJJ-8激光多功能接觸線檢測(cè)儀實(shí)1-5DJJ-8度為5.5米的接觸線為例，當(dāng)溫度每變化1攝氏度時(shí)，其獲得的導(dǎo)高數(shù)據(jù)偏差為10mm，CCD圖像檢測(cè)法[14]，它的原理是將特定的線性1-6所示，基于圖像處理的雙目視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的圖1- 基于圖像處理的非接觸式接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)系本的接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是基于激光掃描形式的系統(tǒng)，主要考慮到其受干擾因改動(dòng)，直接架設(shè)在接觸網(wǎng)檢修車上，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)。本文主要工作及內(nèi)容安在深入學(xué)習(xí)接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)檢測(cè)的理論知識(shí)基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有的激光設(shè)備設(shè)計(jì)并用C++語(yǔ)言編寫接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)檢修過(guò)程中最重實(shí)現(xiàn)，以及硬件、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，經(jīng)過(guò)多套方案的對(duì)比，最終確定激光檢測(cè)接到軟件設(shè)計(jì)的思想的過(guò)程，如何對(duì)激光設(shè)備的信息獲取進(jìn)行、分析和提取有效數(shù)據(jù)、軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中碰到的和問(wèn)題，總結(jié)整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程完成的情況。接觸網(wǎng)接觸線及幾何參國(guó)內(nèi)外接觸線使用規(guī)格2-1接觸線的發(fā)展，從最開(kāi)始的鋼鋁接觸線，到純銅接觸線，再到銅剛接觸線，以及到性的接觸。從目前料獻(xiàn)中關(guān)于高客運(yùn)專線及既有線觸線的[15]表2- 國(guó)外高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)接觸線的使用性能及規(guī)格2-2表2-2中國(guó)接觸網(wǎng)中常用的接觸線性能參型直流電線脹系彈性系標(biāo)稱截?cái)嗝娉邌挝恢豑CG-17×10-TCG-17×10-TCG-17×10-TCW-17×10-TCW-17×10-17×10-17×10-17×10-——為11mm以上,13.5mm以下。因此，為了保證最高的準(zhǔn)確率，激光照射接觸線的前后兩點(diǎn)扇形距離間隔必須小于10.5mm。接觸網(wǎng)接觸線高6500mm，而最小值的設(shè)定，在不同狀況下根據(jù)有關(guān)規(guī)定應(yīng)按如下表2-3所示設(shè)計(jì)，并且在施工過(guò)程中，接觸網(wǎng)導(dǎo)高允許±30mm的施工偏差。由表2-3分析可知，目前，我國(guó)的接觸線導(dǎo)高設(shè)計(jì)范圍在5150mm至6500mm之間。5150mm～6500mm這個(gè)范圍之中。這個(gè)參數(shù)對(duì)接觸接觸網(wǎng)拉出在鐵路沿線的接觸網(wǎng)中，影響其列車安全運(yùn)營(yíng)和的一個(gè)重要參數(shù)就是接觸網(wǎng)拉出（簡(jiǎn)稱拉出值，Stggr[6]，其定義是接觸線在接觸懸掛的定位點(diǎn)處偏離電力機(jī)車受電弓滑板中心的距離。但是這個(gè)距離，在直線區(qū)段根據(jù)其布置形狀的特點(diǎn)，稱作接觸線的“之”字值；在曲線區(qū)段稱作拉出22圖2- 直線區(qū)段、曲線區(qū)段接觸線拉出值示意長(zhǎng)期摩擦滑板一點(diǎn)，使受電弓滑板磨出溝槽，縮短其使用），合理的設(shè)置拉出值的大小，能夠確保接觸線與受電弓良好接觸，不發(fā)生因拖弓、鉆弓、刮弓而的弓網(wǎng)事故。因此，拉出值的設(shè)定一般參考表2-4所示。在直線區(qū)段，拉出值沿鐵路線路中心線進(jìn)由于軌道的存在，其拉出值的大小隨曲線半徑而異，一般在150～400mm之間。從我下應(yīng)不超過(guò)475mm，即受電弓的最大工作范圍(950mm）的一半。所以，拉出值的波動(dòng)范圍在-475mm～475mm之間。2-4我國(guó)接觸線拉出值設(shè)曲線半徑180≤R≤1200≤R≤R≥直本章小接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)方案設(shè)3-1為了達(dá)到接觸網(wǎng)工進(jìn)行作業(yè)的便捷性，從國(guó)內(nèi)外的接觸網(wǎng)幾何參數(shù)的眾多檢測(cè)方案于圖像處理的非接觸式檢測(cè)方案中，其對(duì)元件和高壓的電路的絕緣要求高，并且的非接觸式方案來(lái)設(shè)計(jì)接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的。的運(yùn)算關(guān)系。在直線以及曲線區(qū)段，根據(jù)圖3-2所示，其導(dǎo)高的計(jì)算如式3-1所示：HjH0hH0ssin() 其中HjmmH0表示激光掃描儀激光源距離鐵軌表面的距離，單圖3- 直線區(qū)段導(dǎo)高、拉出值與激光掃描儀物理關(guān)系示意在一定的運(yùn)算關(guān)系。所以拉出值的測(cè)量和直線區(qū)段的定義不一樣，但是在本方案中，從右側(cè)開(kāi)始，這樣就可以用一個(gè)表示出拉出值的正負(fù)意義。如上圖3-2所示，其拉出值的計(jì)算如式3-2所示：as （3-線路中心線的右側(cè)；s表示激光源距離接觸線距離，單位：mm；α表示接觸線與激光源掃amcmHj 3-3件系統(tǒng)對(duì)到的信息進(jìn)行分析、顯示，并保存。3-43-4所示，由激光傳感器獲得對(duì)應(yīng)的導(dǎo)高及拉出值信息，傾角傳感器負(fù)責(zé)測(cè)量軌 供各元件需要的電能。信息通過(guò)收集在上位機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析、顯示、。整個(gè)分析 ，其整體工作的流程圖主要如圖3-5所示3-5硬件系統(tǒng)設(shè)3-6各種天氣下進(jìn)行接觸網(wǎng)信息，選擇的激光傳感器是SICK 3-73-8所示，其工作參數(shù)如表3-1所示，其在本設(shè)計(jì)中的工作示意圖如圖3-9所示。在圖3-9中，我們以軌平面的中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，導(dǎo)高為Z軸，拉出值為Y軸，小車行進(jìn)的距離為X軸，這樣就建立起圖3-7511-20100二維掃描示意3-8表3- 參數(shù)名 參數(shù)工作范圍 掃描角度 -角度分辨率 掃描頻率 25/35/50/75分辨率/10m以內(nèi)精度 激光二極管波長(zhǎng) 工作電壓（V）/功耗 24DC±20%數(shù)據(jù)接 工作溫度 -30~防護(hù)等 IP外形尺寸 重量 圖3-9SICK511-20100激光掃描儀在本系統(tǒng)中的工作示意的兩個(gè)方向（x、y軸所指的方向）的角度偏差，但價(jià)格上往往比單軸的高很多。因RS2323-113-10BWM4163-2BWM416精度分辨率工作溫度-工作電壓輸出RS232、RS485、防護(hù)凈重225(1.5米通信線產(chǎn)品尺寸24V直流供電，所以我們選擇的步進(jìn)電機(jī)的額定電壓也選擇24V，而選擇的傾角儀的電壓是寬電壓輸入，24V直在設(shè)計(jì)中，軟件系統(tǒng)的輸出文檔中的小車的當(dāng)前距離x如3-5所示：xv 額定功率為250W，最大轉(zhuǎn)速4500rpm，額定電壓為24V的直流有刷電機(jī)。參考了相關(guān)文獻(xiàn)資料，其直流電動(dòng)機(jī)與速度控制器的線路連接示意圖如圖3-12所示。圖3- 有刷直流電機(jī)及速度控制器設(shè)計(jì)連線示意3-12所示，其電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度通過(guò)電位器來(lái)控制，其原理是由電位器上的電阻控18650是該電池組通過(guò)內(nèi)置電路的處理能夠穩(wěn)定輸出24V的直流電。其產(chǎn)品圖及參數(shù)如圖3軟件系統(tǒng)設(shè)

Windows7及以上系統(tǒng)對(duì)VC++6.0編程軟件存在兼容性問(wèn)題，許多在WindowsXPVC++6.0WindowsXPWindows7及以上的系統(tǒng)中會(huì)報(bào)各種莫名的錯(cuò)誤。經(jīng)查閱資料得知，在WindowsXP系統(tǒng)中VS2008C++語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)設(shè)置；三、動(dòng)態(tài)圖像繪制；四、數(shù)據(jù)保存于TXT文檔中便于。行流程圖如圖3-14所示。創(chuàng)建數(shù)據(jù)文本否值是否為隔數(shù)是否否是是3-14件代碼輸入實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作，所以需要用到16進(jìn)制的指令系統(tǒng)進(jìn)行查詢，具體如下：6進(jìn)制指令代碼）為：0273524E204C4D447363616E6461746103制指令代碼）為：0273454E204C4D447363616E64617461203103 制指令代碼）為：0273454E204C4D447363616E64617461203003STX(數(shù)據(jù)幀開(kāi)始標(biāo)志)sSN(連續(xù)測(cè)量，sRA表示單次測(cè)量)LMDscandata(固定字段0(版本號(hào))1(設(shè)備號(hào))BE56FC(出廠序列號(hào))00(當(dāng)值為00時(shí)表明設(shè)備運(yùn)行正常，01設(shè)備存在錯(cuò)誤，02提示鏡面污染警告，04存在鏡面污染錯(cuò)誤，需要清潔)D835(數(shù)據(jù)幀計(jì)數(shù)，每掃描一次該值+1，最大值為65536，達(dá)到65536后置0開(kāi)始重新計(jì)數(shù))70BBB79(掃描開(kāi) )70BE5D2(數(shù)據(jù)幀傳輸開(kāi)始時(shí)間，單位：μs)00(輸入狀態(tài)，00表明該4路開(kāi)關(guān)量均沒(méi)有輸入(即在Inactive狀態(tài)))3F0(輸出狀態(tài)，值為3F0則表明6路開(kāi)關(guān)量都在輸出狀態(tài)(Active狀態(tài)))0(保留位)2710(掃描頻率(1)9C4h-2500,處2710表示100HZ)168(測(cè)量頻率)0(取值為0表示無(wú)編，1表明有編輸出)1(16位輸出通道，取值為1-5，意思是從其中的對(duì)應(yīng)編號(hào)的1-5中的一個(gè)通道輸出)DIST1(回波，它的值為DIST1~DIST5中的5個(gè)值的其中一個(gè)) (比例因子，表示以下獲取的激光距離都是真實(shí)距離的兩倍，需要除以2得到真實(shí)距離；若值為3F800000h (固定置，可作為標(biāo)識(shí)位)927C0(掃描開(kāi)始的角度，取值范圍從-50000至，其取值范圍對(duì)應(yīng)表示的實(shí)際角度范圍是-5°到1))10121121個(gè)數(shù)字是測(cè)量的距離值)0000000000000000000000000000000000000000000000000043D441843FFB3E963CE13B9C3A7A3969387937A73629356E34C833FE3327320830EC2FEF2EFE2E1C2D4C2C7D2BCD2A7429DD293328A22821278E270526932617259D253624BC246423F8233522CC223221D521051DEF13D713B812BD1207116D136D1349131712FF12DF12CA6E612B27BB1286128B1275126E126B12631262125CAE6ACE(mm，16進(jìn)制數(shù)表示)000000(60)ETX(文intCmyLadarScannerDlg::CharToUint(charinttmp;//定義一個(gè)臨時(shí)變量{{{casecasecase2:case}}else{{casecasecasecase}}}returnresult;//輸出對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)10進(jìn)制}在本設(shè)計(jì)中，我們采取的通信方式是該設(shè)備的Ethernet接口。通過(guò)該設(shè)備的Ethernet集。本設(shè)備511-20100IP，當(dāng)通過(guò)設(shè)Ethernet接口連接筆記本PC電腦時(shí)，PC自身的IP段必須與該設(shè)備的IP段相同，但I(xiàn)P不能相同~54均可。本系統(tǒng)采用的是套接字通信方式，由“網(wǎng)絡(luò)IP地址+端”的ect返回值為0；反之顯示connect返回值為-1，并且拉出值和導(dǎo)高的繪圖背景關(guān)閉，有圖3- 掃描儀與筆記本連接成功及失敗時(shí)程序截其對(duì)應(yīng)的代碼如下voidCmyLadarScannerDlg::OnBnClickedButBegin()//{interror;CStringstr;{MessageBox(L"加載套接字庫(kù)錯(cuò)誤{MessageBox(L"加載套接字庫(kù)錯(cuò)誤}//定義固定IP為str.Format(L"connect返回值為%d",error);}//while(error==-}50HZ。因?yàn)閽呙鑳x激光發(fā)射點(diǎn)位于受電弓中心，所以我們真正需要的數(shù)據(jù)其實(shí)是位于在0.1667°角度間隔下，則不能大于3608.9mm。這恰恰間接的說(shuō)明了接觸線離激光源距0.2m200mm~1230.2mm范圍內(nèi)測(cè)得的接 1

)1230

21.13060°~120°的數(shù)據(jù)是我們需要的。所以程序掃描時(shí)有效數(shù)據(jù)提取的角度范圍初始默認(rèn)值設(shè)定為60°~ 1

)3608

7.50.16670.5°下激光源離接觸線垂直距 0.1667°下激光源離接觸線垂直距提取的有效角度和距 CurAngle=StartAngle+AngleStep*(No-1);//當(dāng)前提取的有效 未加H0的導(dǎo)高計(jì)算double_daogao=distance*sin(CurAngle*3.14/180)/1000;獲取軟件端自定義的激光源距離軌面高度H0（mm）和車速（m/s）if(_sel_lachuzhi!=//把自定義的H0,間隔,車速獲取出int_iH0=0;if(m_H0.GetLength()==0){_iH0=}_iH0=}if(m_time.GetLength()==iTime=m_time=iTime=}if(m_speed.GetLength()==speed=m_speed=}charstrbuf[32];speed=atof(strbuf);}5150mm～6500mm范圍之中；拉出值的波動(dòng)范圍在-475mm～475mm之間。所它們的橫坐標(biāo)統(tǒng)一以米為單位，且坐標(biāo)刻度一致，最大刻度為100米，這樣可以同步顯示60030205米，即每個(gè)在單位點(diǎn)上畫圖，這樣假設(shè)車速為1m/s，那么每隔5m÷（1m/s）=5s圖像便會(huì)到新的一點(diǎn)接觸線導(dǎo)高及拉出值并在軟件上畫出，實(shí)際上，程序設(shè)置的默認(rèn)時(shí)間是200ms一3×1000÷3

3000 。其代碼如下#defineratiolachuzhi_ps[cur_pos]=LACHUZHI_O.y-voidCmyLadarScannerDlg::DrawLaChuZhi(double*points,intN){CDCcdc2(this);CPenCPen*oldPen=cdc2.SelectObject(&pen);POINT*ps=newPOINT[N];CStringstrRet;for(inti=0;i<N;i++){ps[i].x=LACHUZHI_O.x+i*30;ps[i].y=points[i];//cdc2.Rectangle(ps[i].x-1,ps[i].y-}delete[]ps;的畫點(diǎn)為：h（激光測(cè)得導(dǎo)高值）×1000÷+H0（激光源據(jù)軌面距離）=35.2h+H0daogao_ps[cur_pos]=(DAOGAO_O.y-(_sel_daogao)*35.2-voidCmyLadarScannerDlg::DrawDaoGao(double*points,intN){CDCcdc2(this);CPenCPen*oldPen=cdc2.SelectObject(&pen);POINT*ps=newPOINT[N];CStringstrRet;for(inti=0;i<N;i++){ps[i].x=DAOGAO_O.x+i*30;ps[i].y=points[i];//cdc2.Rectangle(ps[i].x-1,ps[i].y-}}//word等專業(yè)辦公軟件），其文本基本上能被目前所有電子產(chǎn)品打開(kāi)查閱。這CFilefile(filePath,CFile::modeCreate|CFile::modeWrite);constchar*strbuf="序號(hào)\t當(dāng)前距離(m)\t拉出值(mm)\t導(dǎo)高(mm)\r\n";////voidCmyLadarScannerDlg::ResetFile(CStringfile){CFile}//voidCmyLadarScannerDlg::AppendData2File(CString*strCont){CFileinfile(filePath,CFile::modeWrite|CFile::modeNoTruncate);}其界面主要由三大部分組成：當(dāng)前信息接收區(qū)、實(shí)時(shí)信息顯示及操作區(qū)、畫圖區(qū)。當(dāng)前信息接收區(qū)（左上角）0°180寫出，但是無(wú)效點(diǎn)（范圍外點(diǎn)）connect的返回信息（0表示連接成功，-1表示連接失?。┡袛嗍欠裢ㄓ嵾B接成功。掃描操作。例如：修改接觸線距激光源縱向距離范圍及角度取值范圍、車速、間3-18所示。3-18坐標(biāo)軸及黑色背景關(guān)閉，從視野上明顯的提示用戶，通訊失敗了。如下圖3-19所示。3-19400圖3- 掃描到范圍外無(wú)效點(diǎn)時(shí)程序及輸出文件截出文dataOut.txt也會(huì)實(shí)時(shí)記錄下當(dāng)前有效數(shù)據(jù)的信息。程序截圖如下圖3-21所示，輸出文檔截圖如下圖3-22所示。3-21圖3- 測(cè)試系統(tǒng)時(shí)激光掃描儀及接觸線實(shí)物在學(xué)校北區(qū)的軌道測(cè)試時(shí)，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，進(jìn)行設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，如下圖3-圖3-24北區(qū)軌道現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)調(diào)本章，是本的內(nèi)容所在。其主要對(duì)接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，從方總本 與此同時(shí)，在軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，我要感謝傅聯(lián)州同學(xué)的幫助，在VS2008編程細(xì)努力的查閱資料以及聽(tīng)取老師、同學(xué)的建議，最終都被一一克服了。大學(xué)四年過(guò)的很快，即將與老師、同學(xué)道別，但是真心的對(duì)說(shuō)一句：謝謝！謝謝陪伴了我人生中參考文[1].接觸網(wǎng)[M].：西南交通大學(xué)于萬(wàn)聚.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng).:西南交通大學(xué)蔡學(xué)敬 基于圖像處理技術(shù)的高速接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)研究[D].西南交通大學(xué)牛 非接觸式接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)研究[D].西南交通大學(xué)馬峰超 動(dòng)車組接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)研究[D].西南交通大學(xué) 基于技術(shù)接觸網(wǎng)幾何參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)研究[D].西南交通大學(xué)徐可佳 雙目立體視覺(jué)技術(shù)在接觸網(wǎng)幾何參數(shù)測(cè)量中的應(yīng)用研究[D].西南交通大學(xué)官琪, 接觸網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)與弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)性能控制策略研究 電氣化鐵道,2014,03:9- 基于激光掃描的接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)方法研究[D].工程技術(shù)大學(xué) 便攜式接觸網(wǎng)導(dǎo)線幾何參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)[D].西南交通大學(xué) 鐵路接觸網(wǎng)幾何參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的研究[D].嚴(yán)興喜 基于圖像處理的接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)研制[D].黑龍江大學(xué)王者勝 基于雙目視覺(jué)的高鐵接觸線參數(shù)檢測(cè)技術(shù)研究[D].青島大學(xué)謝力 基于圖像處理的受電弓狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué)趙大軍,唐麗,管桂生 我國(guó)電氣化鐵道用接觸線的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 鐵道機(jī)車車輛 AlexandrShimanovsky,VolhaYakubovich,IngaKapliuk.ModelingofthePantograph-CatenaryWireContactIn ction[J].ProcediaEngineering,2016,134:. A.Katoetal.,Efficientfielddatacollectionoftropicalusingterrestriallaserscanner[C].2014IEEEGeoscienceandRemoteSensingSymposium,QuebecCity,QC,2014,pp.816-819.A英文文獻(xiàn)翻譯-StatisticalidentificationofgeometricparametersforhighspeedtraincatenaryPantograph/catenaryin ctionisknowntobestronglydependentonthestaticgeometryofthecatenary,thisresearchthusseekstobuildastatisticalmodelofthisgeometry.Sensitivityysesprovideaselectionofrelevantparametersaffectingthegeometry.Aftercorrectionforthedynamicnatureofthemeasurement,pro-videadatabaseofmeasurements.Onethenseekstosolvethestatisticalinverseproblemusingtheumentropyprincipleandtheumlikelihoodmethod.Twomethodsofmultivariatedensityestimationsarepresented,theGaussiankerneldensityestimationmethodandtheGaussianparametricmethod.Theresultsprovidestatisticalinformationonthesignificantparametersandshowthatthemessengerwiretensionofthecatenaryhidessourcesofvariabilitythatarenotyettakenintoaccountinthemodel.Developmentofnumericalmodelsisamainfocusofcurrentresearchinpantograph-catenaryinction.AsshowninthebenarkledbyS.Bruni[1],softwaremodelingthisinction ingveryaccurate.Simultaneousimprovementofsimulationspeedsmakestheuseofparametricorstatisticalstudiespossible.AnimportanttrendofstudiesperformedatSNCFistointroducevariabilityintothedeterministicparametersinordertomakethemodelmorerobusttothehighvariabilityofexperimentalconditions.Moreover,astatisticalapproachisenvisionedtoallowrevisedmaintenancepolicieswhichareknowntousuallybetoorestrictiveonthecontrolledparameters.AstudybyRTRI[2]yzedthestaticgeometryofthecontactwireandshowed,asourstudy[3],thatthecatenarygeometryhadasignificantinfluenceoncurrentcollectionquality.TheRTRIstudyhighlightsthecriteriaonthegeometrymostrelevanttoidentifyinstallationerror.Thisgivesinformationonthekindsofirregularitieswhichsignificantlyimpactcurrentcollectionquality,butdoesnotgiveindicationsonwhichpartofthecatenaryisthesourceoftheseThecurrentpaperseekstosolvetheinverseproblem.Fromasetofmeasuredcontactwireheights,oneseekstoidentifytheprobabilitydistributionofinfluentparameters.Afteridentifyingsensitiveparametersthatwillbeconsideredasrandomandcorrectingmeasurementstoprovideareferencedatabaseforstatistics,themethodtosolvetheinversestochasticproblemisexposed.Thelastsectionysestheresults.CaseAcatenaryisdividedintosectionsofabout1kmlong.Buteverysectionisdifferent.Thelargeststandardstructureofacatenaryisthusaspan,whichforwhichonewillseektogenerateastatisticaldescription.ThetwomostusedtypesofspansintheFrenchcatenariesforhighspeedtrainsareof58.5mand54mlong,respectivelynamedN2andN3(Nfornominal).N2isusedforstatisticsofthispaper,leavingtheN3forfutureverificationsofconclusions.Onewillfirstperformasensitivityysistoselectrandomparametersandclarifytheprocedureusedtoobtainreferencedatafrommeasurements.SensitivityFigure1illustratesthedifferentparametersthatcancontrolthestaticgeometryofthecatenary(onlytensionandgravityareapplied).Theseparametersaredescribedbelow:HCW,leftandHCW,rightaretheheightofthecontactwirerespectivelyattheleftandrightsteadyarmofthespanHdrop,iistheheightofthecontactwireundertheithdropperofthe?Hleftand?HrightarethedistancebetweenthecontactwireandthemessengerwirerespectivelyattheleftandrightmastofthespanLdrop,iisthelengthoftheithdropperoftheTCWandTMWarerespectivelythetensionsinthecontactwire(CW)andinthemessengerThebendingstiffnessisnegligiblecomparedtothetensionsappliedinbothcablesandquickparametricstudieshaveshownthataverylargevariationisneededtobeabletoseeavariationonstaticdeflection.Figure2showstheimpactofavariationof±20%onthecontactwireheight.OneobservesthevariationofTCWhasanegligibleimpactcomparedtothatcreatedbythevariationofTMW.Thisisexpectedsincetheconductingwireismostlyflat,whilethemessengercurvatureisneededfortosupporttheweight.Inthelightofthisresult,TCWcanberemovedfromthelistofstochasticparameters.Figure3ashowsthecontactwireheightintwoconditions.ThenominalcasewithHCW,right=HCW,left=508cmandasecondconfigurationwheretheleftmasthasbeenraisedof5cm,whileretainingthecontactwireandthemessengerwireisdistanceof140cm,andsimilarlytherightmasthasbeenloweredby5cminordertoamplifythepotentialvariationofthedeflection.Thedeflectionafterprojectiononthelinelinkingthetwosteadyarms,shownin3b,isnearlyidenticalinbothcases.OnecanthusclearlysaythatHCW,rightandHCW,lefthavenoinfluenceonCWdeflectionif?Hrightand?Hleftdonotchange.Consequently,theseparameterswillnotbetakenintoaccountinthefollowing.Finallyfigure4showsthat?Himpactsthesaginanon-symmetricway.ThisparameteristhusAftersensitivityysis,11parametersareretainedandassumedindependent:the9dropperlengthsLdrop,i,themessengerwiretensionTMWandthedistancebetweenthecontactwireandthemessengerwireatthemast?H.ThemeasurementsusedwereobtainedonthecatenarybetweenParisandStrasbourg(LN6).Themeasuringequipmentisapantographkeecontactwiththecontactwirebyapplyinga onitofapproximay36N.Thepantographisfixedona40km/hmovingtrain.Theseexperimentalconditionsappearedtohaveasignificantimpactonthemeasuredsag.Thedatawerethuscorrectedthroughanitiveschemebeforewhichonebuiltthemodelofeachcatenaryonwhichthemeasureiscomplete,withtheexactstaggeranddistancesbetweenspans.Thenominalheightisthendefinedbyusingdroppertables[4]andfixingcontactwireheightatsteadyarmto5.08mandheightofcontactwireatmasts1.4mabove.Theprocessappliedisfollowsthestepsshowninfigure5.Onefirstcomputesthestaticsagofthenominalcatenarymodel,thenrunsadynamicsimulationcorrespondingtothemeasurementconditions,thatistosayapantographapplyinga36Nmean-onatraingoingat40km/h.Fromthisdynamicsimulation,onecangettheupliftunderthepantograph.Thisvalueiswhattheequipmentassumestobethestaticsag,butshouldmoreappropriaybecalleddynamicsag.Thedifferencebetweenthemeasuredandsimulateddynamicsagsthengivesanestimateofthegeometryerror.Thisgapisassumedtoberepresentativeoftheerroronthestaticsag,sothatoneseekstocorrectthestaticgeometryObtainingageometrythatmatchesthetargetsagisaninversestaticproblem.Themethodappliedhereistoletonlydropperlengthsvary.Thisleadstoawellposedproblemthathasauniquesolution.Theupdatedgeometrycanthenbeusedatstepn+1.Theconvergenceofthecomputationiscontrolledbygettingthenormofthevectorofthegap.mostcases,convergenceisobservedafter2i tionswitha

<Thebiascorrectedissignificantlyhigherthantheremainingmeasurementuncertaintyandthemodeluncertainty,Thecorrectionmadeonlywithdropperlengthvariationleadstoanequivalentsolutionastheonewhichwouldhavebeenfoundwiththecombinationofallvariations.Thissecondassumptioncanbeverifiedbycomparingthedynamicsagoftwosimilarstaticsagobtainedbydifferentways.WhilesettingTMWto16kNforonemodel,onebuildanothermodelwiththesamesagwithTMW=20kNbymodifyingdropperlengthsonly.Thefigure6showsthatthedifferenceislowerthan2mmwhichistheorderofmagnitudeofthemeasureresolution.Besides,oneseeshowimportantthecorrectionisbycomparingthedynamicandstaticsag.Thisobservationthusstrengthensthefirsthypothesistoo.Forthedatabaseofmeasurements,asetof117N2-spandeflectionswereobtained.Eachhaddifferentheightsatmastsbutasseeninseeninsection2.1,heightofthecontactwireatmasthasnoimpactonthedeflection.Inordertoremovetheseparametersfrommeasurements,projectionsaredoneasinfigureThereferencedataisthusasetof =117experimental (Wobs,exp)iConsideredasindependentrealizationsofarandomvector(Wobs,expi

ofsize

MethodsforstochasticinverseproblemInthissection,onedefinesthemethodschosentosolvethestochasticinverseproblem.Theglobalframeworkusedisexinedin[5]andfollowsthestepsdetailedhere.Theinputparameterschosenin2.1areassembledinarandomvectorXdefinedin(1).Eachofthemissupposedanindependentrandomscalar.X[(Ldrop,i)1i9,TMW,H] OnefirstdefinesaparametricdistributionforeachelementofXfollowingtheumentropyprinciple(see[6])toizetheuncertaintyontheavailableinformation.Inthiscase,oneonlyknowsthatlengthsandtensionscannotbenegative.Theumentropymethodthusleadsthesame distributionwhoseprobabilitydensityfunction(p.d.f.)isgivenxk1exp(xpx(x)

0(k)ex 0Inordertogetmorereadableresultsandagoodconditioning,thesep.d.f.arecharacterizedbytheirexpec-tationsandstandarddeviations:kand Onethencallssthevectorofhyper-parameters,gatheringtogethertheμiandσiofeachscalarXifromX.sisa24-lengthvectorwhoseinitialvalues0issetconsistentlywithmeasurementmagnitudes.ThisvalueenablestogetsamplesofXofsizeNigeneratedbyaspecificsamplingmethod,whichisusedtocomputethedeflectionofthecontactwire.LetWobsbetheoutputrandomvectordefinedbythedWobs=9nonindependentheightsofthecontactwireunderdroppers.FoursampledrawsXi,1<=i<=4ofXofsizeN1=103,N2=104,N3=105andN4=106weregenerated.Asallmarginalinputdistributionsaresupposedindependent,thesamplingmethodchosenistheLatinHypercubeSamplingmethod(LHS).Oncethe4correspondingsamplesWWi

computed,thedistributionofWobsisestimatedusingtwodifferentParametricestimation:oneusesagaussiandistributioninordertorepresenttheNvectorWobs.Thismethoddisysaquick1/parametricdistributionchosenisnotfittedN

convergencebutcanintroduceabiasifNon-parametricestimation:oneusesthemultivariategaussiankerneldensitymethod(calledKSforKernelSmoothing).ThismethodisslowerwithaN-1/(dWobs+4)convergencebutdoesnotintroduceanybias.Thetheoreticalconvergencespeedofthetwomethodsissignificantlydifferent.Forexample,ifonesupposesameandeflectionunderthe5thdropperof-2.5cmwithastandarddeviationof1cm(approximaythemagnitudeobserved),theestimationofthemeanwithasampleofsize1000willhave95%ofprobabilitytobeintheinterval[?2.438cm,?2.562cm]withtheparametricestimationmethodand[?1.348cm,?3.652cm]withthenon-parametricestimationmethod.Onethuswantstocheckifthebiasintroducedisimportant.Tothisend,figure7comparesthetwomethodsfortheisamplescomputed.Onbothfigures,oneseesthatsolidlines(i.e.non-parametricestimation)getclosertothedashedlines(i.e.parametricestimation),whichseemstohavealreadyconvergedwitha1000-sizedsample.Moreover,usings0asinitialhyper-parameters,theoutputsamplesallsucceedintheHenze-Zirkler’smultivariatenormalitytest.Onethuschoosestousetheparametricestimationmethodandverifyiftheresultdoesstillsucceedsthenormalitytest.Thestatisticalidentificationwasmotivatedbytheobservationoftheresultsobtainedbythevariationofdropperlengthsonly.Therefore,thispapershowstheresultsoftheseobservationsandtheirlimitations,theresultsarecorrect.Thispaperillustratedthepossibilitytousestatisticalinverseproblemstocharacterizethedistributionofcatenarygeometriesbasedonafewsensitiveparameters.Whilethemethodwaseventuallyfoundtobequiteefficient,theinitialysisignoredthekeyparameterofmessengerwiretensionandledtoinconsistentresults.Thishighlightstheimportanceofinitialparameterchoiceandthepresenceofstrongbiaswhenthischoiceisnotproperlymade.Intheend,itappearsglobalshiftingofthecontactwirerelativelytothemessengerwouldhaveanimpactsimilartothatofvariationsinthetensionandthatoneshouldnotignorethecorrelationofcertainparameterslikewiredistanceatmastandnearbydropperlengths.Finally,atighterconfidenceregion,couldbeobtainedbyapplyingtheBayesmethodtoestimatetheposteriorprobabilitydistributionfromPprior(sopt)[9,5]Inthenearfuture,thisstatisticalgeometricmodelwillbeusedtogeneraterandomgeometriesandusethemasinputfordynamicsimulations,thusresultinginstatisticsonthepantographcontact,whichisthekeyparameterofinterest.Adjustingmaintenanceruleswillbepossibleifaclearrelationbetweenstatisticsongeometryandcontactcanbeobtained. lAssociationforVehicleSystemDynamicsSymposium(2013).Ed.byZ.Shen.M.AboshiandM.Tsunemoto.InstallationGuidelinesforShinkansenHighSpeedOverheadContactLines.