基于簡化角點算法的道岔識別系統(tǒng)研究

鄭力元

（西南交通大學，四川 成都 610031）

基于簡化角點算法的道岔識別系統(tǒng)研究

鄭力元

（西南交通大學，四川 成都 610031）

道岔是鐵道線路的重要組成部分，其作用是連接不同的線路，從而實現(xiàn)機車運行線路的切換。道岔結(jié)構(gòu)復雜，容易磨損。文章在梳理了道岔的重要結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，以軌檢車上的行車數(shù)據(jù)為來源，采用dephi編寫軟件，對所有鋼軌軌形進行顯示。在比較了道岔區(qū)尖軌部分的軌形與普通鋼軌軌形的差異后，探討了一種簡化的角點檢測算法來識別道岔，為進一步研究道岔磨耗檢測系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。

道岔；鐵道；線路切換；角點檢測算法

1 道岔結(jié)構(gòu)

1.1 道岔基本組成及原理

道岔組成部分可以分為 轉(zhuǎn)轍部分、連接部分、轍叉部分，如圖1所示[1]。

圖1 道岔組成部分

轉(zhuǎn)轍部分由兩根基本軌和兩根尖軌組成。兩根尖軌位于兩根基本軌內(nèi)側(cè)，并且并排聯(lián)結(jié)在一起。尖軌的前端經(jīng)過切削，跟端往往可以小幅度活動。當列車經(jīng)過轉(zhuǎn)轍部分時，尖軌通過小幅度的轉(zhuǎn)動，可以實現(xiàn)一側(cè)尖軌與基本軌貼靠（另一側(cè)尖軌與基本軌分離），如圖2所示[2]。

正式這種貼靠使得列車得以切換線路。當列車經(jīng)過轉(zhuǎn)轍區(qū)時，基本軌與尖軌貼靠的一側(cè)的承載情況是：基本軌承載—基本軌與尖軌共同承載—尖軌承載，如圖3所示。

1.2 尖軌斷面輪廓

基本軌的斷面輪廓如圖4所示（圖中每組圖像的左側(cè)）?；拒壍臄嗝孑喞谲壍榔矫娴牟煌v向位置處是一致的；尖軌由于需要與基本軌貼靠，因此尖軌往往采用普通基本軌進行水平和垂直切削而成。其斷面輪廓是變截面，即隨著軌道平面縱向位置的不同而得到的截面也有所不同。圖4展示了不同頂寬處的尖軌截面情況（圖中每組圖像的右側(cè)）[3]。

圖2 轉(zhuǎn)轍部分

圖 3 基本軌、尖軌、尖軌承載關(guān)系

為了比較在普通鋼軌區(qū)與轉(zhuǎn)轍區(qū)的軌道軌形，將尖軌與基本軌視為一股鋼軌，得到的尖軌輪廓如圖5所示[4-5]。

圖4 不同頂寬處的尖軌截面情況

圖5 尖軌輪廓

2 通過delphi顯示軌形

為了識別道岔，首先需要將道岔軌形從大量的軌形數(shù)據(jù)（即：數(shù)據(jù)包括普通鋼軌軌形與道岔區(qū)的軌形）中識別出來。通過Delphi編程，將軌形數(shù)據(jù)顯示出來（數(shù)據(jù)來源：重慶地鐵6號線軌檢數(shù)據(jù)）。如圖6中（a）與（b）所示。普通鋼軌實測軌形如圖6（c）所示。而道岔區(qū)，尤其是轉(zhuǎn)轍部分的軌形如圖。（轉(zhuǎn)轍區(qū)軌形圖編號為：82155～82171）可以看到，轉(zhuǎn)轍部分的軌形與普通鋼軌軌形有比較大不同：在基本軌軌頭側(cè)面某位置處出現(xiàn)了類似山峰的形狀。并且似乎所有的轉(zhuǎn)轍部分的軌形在“山峰”與基本軌軌頭側(cè)面的相交處有一“尖角”。

圖 6 軌形數(shù)據(jù)

3 用簡化角點算法進行角點檢測

文獻[4]提出了一種簡化角點算法，用來檢測角點。其原理是，如圖7所示，首先將需要角點檢測的輪廓線進行高斯平滑，然后選取輪廓上任意一點Pi, 與Pi相距K的前后兩點（K通常取3～5），以這3點為基礎(chǔ)構(gòu)建支撐區(qū)域，然后計算支撐角，通過支撐角的大小來計算尖銳度。

通過對尖軌軌形的分析，在尖軌“山峰”處與基本軌軌頭側(cè)面的相交處有“尖角”。而在其他位置處少見，因此可以采用簡化角點算法進行檢測。如果檢測結(jié)果良好，則說明可以通過此算法從大量軌形中識別出尖軌的軌形。一旦尖軌的軌形被識別出來，那么就可以以此識別出道岔。當?shù)啦肀蛔R別出后，便可以進一步研究道岔磨耗的自動化測量。

圖 7 支撐角尖銳度

[1]宋友富.鐵路道岔[M].北京：中國鐵道出版社，2004.

[2]鐵道部第三設(shè)計院.道岔設(shè)計手冊[M].北京：人民鐵道出版社，1975.

[3]中國鐵道部.每米43公斤鋼軌7.7米尖軌轉(zhuǎn)轍器[S].北京：中國鐵道部，1975.

[4]錢文光，林小竹.基于輪廓尖銳度的圖像角點檢測算法[J].計算機工程，2008（6）：202-204.

[5]任尊松，孫守光.道岔區(qū)輪軌接觸幾何關(guān)系研究[J].工程力學，2008（11）：223-230.

Research on turnout recognition system based on simplified corner algorithm

Zheng Liyuan
（Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China）

The turnout,the role of which is to connect different lines so as to realize the switching locomotive operation line, is an important part of the railway line. Turnout structure is complex and easy to wear. On the basis of the important structure in combing the turnout and with traffic data on the rail car as the source, this paper uses dephi software to display all the railways in shape. After comparing the difference of rail turnout rail part and common rail type, the paper discusses a simplified corner detection algorithm to identify the switch,which lays the foundation for the further research of switch wear detection system.

turnout; railway; line switching; corner detection algorithm

鄭力元（1991— ），男，四川成都，碩士研究生；研究方向：精密儀器與機械。