基于简化角点算法的道岔识别系统研究

郑力元

（西南交通大学，四川 成都 610031）

基于简化角点算法的道岔识别系统研究

郑力元

（西南交通大学，四川 成都 610031）

道岔是铁道线路的重要组成部分，其作用是连接不同的线路，从而实现机车运行线路的切换。道岔结构复杂，容易磨损。文章在梳理了道岔的重要结构的基础之上，以轨检车上的行车数据为来源，采用dephi编写软件，对所有钢轨轨形进行显示。在比较了道岔区尖轨部分的轨形与普通钢轨轨形的差异后，探讨了一种简化的角点检测算法来识别道岔，为进一步研究道岔磨耗检测系统打下基础。

道岔；铁道；线路切换；角点检测算法

1 道岔结构

1.1 道岔基本组成及原理

道岔组成部分可以分为 转辙部分、连接部分、辙叉部分，如图1所示[1]。

图1 道岔组成部分

转辙部分由两根基本轨和两根尖轨组成。两根尖轨位于两根基本轨内侧，并且并排联结在一起。尖轨的前端经过切削，跟端往往可以小幅度活动。当列车经过转辙部分时，尖轨通过小幅度的转动，可以实现一侧尖轨与基本轨贴靠（另一侧尖轨与基本轨分离），如图2所示[2]。

正式这种贴靠使得列车得以切换线路。当列车经过转辙区时，基本轨与尖轨贴靠的一侧的承载情况是：基本轨承载—基本轨与尖轨共同承载—尖轨承载，如图3所示。

1.2 尖轨断面轮廓

基本轨的断面轮廓如图4所示（图中每组图像的左侧）。基本轨的断面轮廓在轨道平面的不同纵向位置处是一致的；尖轨由于需要与基本轨贴靠，因此尖轨往往采用普通基本轨进行水平和垂直切削而成。其断面轮廓是变截面，即随着轨道平面纵向位置的不同而得到的截面也有所不同。图4展示了不同顶宽处的尖轨截面情况（图中每组图像的右侧）[3]。

图2 转辙部分

图 3 基本轨、尖轨、尖轨承载关系

为了比较在普通钢轨区与转辙区的轨道轨形，将尖轨与基本轨视为一股钢轨，得到的尖轨轮廓如图5所示[4-5]。

图4 不同顶宽处的尖轨截面情况

图5 尖轨轮廓

2 通过delphi显示轨形

为了识别道岔，首先需要将道岔轨形从大量的轨形数据（即：数据包括普通钢轨轨形与道岔区的轨形）中识别出来。通过Delphi编程，将轨形数据显示出来（数据来源：重庆地铁6号线轨检数据）。如图6中（a）与（b）所示。普通钢轨实测轨形如图6（c）所示。而道岔区，尤其是转辙部分的轨形如图。（转辙区轨形图编号为：82155～82171）可以看到，转辙部分的轨形与普通钢轨轨形有比较大不同：在基本轨轨头侧面某位置处出现了类似山峰的形状。并且似乎所有的转辙部分的轨形在“山峰”与基本轨轨头侧面的相交处有一“尖角”。

图 6 轨形数据

3 用简化角点算法进行角点检测

文献[4]提出了一种简化角点算法，用来检测角点。其原理是，如图7所示，首先将需要角点检测的轮廓线进行高斯平滑，然后选取轮廓上任意一点Pi, 与Pi相距K的前后两点（K通常取3～5），以这3点为基础构建支撑区域，然后计算支撑角，通过支撑角的大小来计算尖锐度。

通过对尖轨轨形的分析，在尖轨“山峰”处与基本轨轨头侧面的相交处有“尖角”。而在其他位置处少见，因此可以采用简化角点算法进行检测。如果检测结果良好，则说明可以通过此算法从大量轨形中识别出尖轨的轨形。一旦尖轨的轨形被识别出来，那么就可以以此识别出道岔。当道岔被识别出后，便可以进一步研究道岔磨耗的自动化测量。

图 7 支撑角尖锐度

[1]宋友富.铁路道岔[M].北京：中国铁道出版社，2004.

[2]铁道部第三设计院.道岔设计手册[M].北京：人民铁道出版社，1975.

[3]中国铁道部.每米43公斤钢轨7.7米尖轨转辙器[S].北京：中国铁道部，1975.

[4]钱文光，林小竹.基于轮廓尖锐度的图像角点检测算法[J].计算机工程，2008（6）：202-204.

[5]任尊松，孙守光.道岔区轮轨接触几何关系研究[J].工程力学，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

郑力元（1991— ），男，四川成都，硕士研究生；研究方向：精密仪器与机械。