多传感信息融合的轨道长波不平顺检测实验平台研究-车辆工程专业论文.docx

万方数据 万方数据 多传感信息融合的轨道长波不平顺检测实验平台研究 摘 要 由于结构和轨下基础的弹性不均等原因造成轨道线形的长波不平顺。长波不平顺 又分为动态不平顺和静态不平顺，静态不平顺是指无轮载作用下的不平顺。根据国家 铁路维护标准规定[1]，轨道的调整和控制应当采用建立在大地坐标系下的静态检测参 数。在进行轨道调整时着重控制的技术指标是轨道静态参数，轨道静态参数要满足线 路平顺性要求，是线路维护的直接参数。 采用多传感信息融合理论与技术来测量轨道静态参数是轨道检测的一种新方法 与研究方向。本课题提出了构建由加速度计、陀螺仪、倾角仪和机器视觉组成的统一 运动检测实验系统，为基于多传感信息融合实现轨道静态长波参数的检测设备研究提 供实验及验证平台，主要研究内容包括： (1) 设计开发了多传感信息融合轨道不平顺检测实验平台，包括惯性测量单元， 倾角仪和机器视觉数据同步采集、惯性测量单元方向滤波器、摄像机定标、惯性及视 觉传感器定标、倾角仪与视觉定标等功能模块。 (2) 基于方向滤波器的惯性测量单元姿态估计。该方法采用四元数法描述系统模 型，基于互补滤波器对加速度计和陀螺仪单独计算的姿态进行数据融合，对陀螺仪测 量产生的误差设计算法进行消除。 (3) 对惯性测量单元，倾角仪以及视觉传感器三者之间的相对姿态求解；提出了 基于横滚角(Roll)和俯仰角(Pitch)构造手眼定标方程式，采用增广拉格朗日乘子法 (ALM)求解惯性测量单元坐标系与机器视觉坐标系旋转矩阵，并套用该方法实现倾角 仪坐标系与机器视觉坐标系旋转矩阵的求解；基于手眼定标定理中的平移向量方程 式，建立两次运动约束矩阵，求解惯性传感器与机器视觉的平移向量；在本文设计的 实验平台上，通过实验的方法对本文设计的算法进行验证，并对实验结果进行分析。 关键词： 轨道线路检测，手眼定标，方向滤波器，Qt，增广拉格朗日乘子法 I DEVELOPMENT OF EXPERIMENT PLATFORM FOR TRACK LONG-WAVE IRREGULARITY INSPECTION BASED ON MULTI-SENSOR DATA FUSION ABSTRACT The long wave irregularity of track is caused by the track structure or inhomogeneous distribution of the elastic under the rail foundation. Long wave irregularity is divided into dynamic and static ， static irregularity means the irregularity without wheel loading.According to the national railway maintenance standards[1]，track adjustment and control should be used static parameters under the earth coordinate system. It is an important technical index in track maintenance，which must to satisfy the requirements of the line comfort. It is a new method to inspect the static parameters of track long wave irregularity based on the multi sensor data fusion，this paper proposed the motion detection experiment platform composed of accelerometer，gyroscope，inclinometer and machine vision in order to provide verification equipment for inspect the static parameters of track long wave irregularity based on the multi sensor data fusion，the main research contents include： this paper design and development the experiment system for track irregularity inspection，t