融合攝影測量與激光掃描技術(shù)的隧道全斷面高速動態(tài)檢測技術(shù)研究.pdf

1、隨著高等級鐵路建設(shè)的發(fā)展，鐵路隧道的建成量正以空前的速度增加。為了應(yīng)對線路繁忙運(yùn)營狀態(tài)下的隧道安全檢測，本論文提出了一種融合攝影測量與激光掃描技術(shù)的車載隧道全斷面測量系統(tǒng)方案。系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是基于三角測量原理，用多個線形激光器拼接掃描隧道洞體表面輪廓，利用多個高速工業(yè)相機(jī)同步拍攝激光光帶圖像，并采用高速圖像處理技術(shù)對圖像進(jìn)行實(shí)時分析處理，從而實(shí)時地得到隧道的空間斷面尺寸。
　　 論文介紹了高速隧道全斷面檢測系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，包括

2、系統(tǒng)的測量原理、總體方案、各重要器件的選型、軟硬件各自實(shí)現(xiàn)的功能、采用的關(guān)鍵技術(shù)等。重點(diǎn)介紹了對復(fù)雜圖像處理算法的硬件實(shí)現(xiàn)，軟件控制程序的流程，測量及標(biāo)定的算法。最后通過模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可靠性。
　　 在實(shí)時圖像處理上，由于本系統(tǒng)的斷面采樣頻率要求達(dá)到每秒300幀，傳統(tǒng)的通用軟件算法的處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的要求。因此本文開發(fā)了基于FPGA的硬件處理器來實(shí)現(xiàn)圖像的處理算法，以滿足實(shí)時性要求。系統(tǒng)的硬件處理算法包括多層次圖

3、像濾波、形態(tài)學(xué)處理、大規(guī)模同步運(yùn)算等，并利用流水線架構(gòu)提高硬件處理的速度。
　　 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)基于Dalsa公司的Sapera LT類庫，論文介紹了利用該專有類庫進(jìn)行軟件開發(fā)的方法，并實(shí)現(xiàn)了斷面測量系統(tǒng)的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，包括對相機(jī)的配置接口，對圖像處理卡的控制接口，以及對處理結(jié)果的實(shí)時存儲和顯示等。
　　 為了驗(yàn)證系統(tǒng)的實(shí)時性和可靠性，我們在實(shí)驗(yàn)室搭建了隧道模型測試環(huán)境。測試結(jié)果顯示了該系統(tǒng)在距離軌道中心基準(zhǔn)2m到4m的徑