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轮对几何尺寸自动与动态在线测量方法的研究任务书
任务书
一、任务名称
轮对几何尺寸自动与动态在线测量方法的研究
二、研究背景与意义
轮对是列车运行中的一个重要部件，其性能直接影响到列车的运行稳定性和安全性。轮对的几何尺寸是其性能的重要指标，包括轮对轮径、圆度、轨距、倾斜度、离心度等几何参数。轮对几何尺寸的偏差会造成轮对与轨道之间摩擦力的变化，影响到列车的行驶稳定性和安全性，甚至会导致机车、车辆的损坏。
现有的轮对几何尺寸测量方法主要是基于传统的测量手段，包括人工测量和机械测量。这些方法存在着测量精度低、测量效率低、测量结果不稳定等问题，无法满足高速列车运行过程中对轮对几何尺寸的高精度、高效率的测量需求。因此，开发一种自动、动态、在线的轮对几何尺寸测量方法迫在眉睫，成为轨道交通领域的研究热点之一。
三、研究内容与任务
本研究的主要内容是开发一种基于计算机视觉技术的轮对几何尺寸自动与动态在线测量方法，实现对列车运行过程中轮对几何尺寸的高精度、高效率的实时测量。具体任务包括：
1.研究轮对几何尺寸测量的基本理论和方法，包括轮对几何尺寸的测量原理、测量算法、测量误差分析等。
2.研究基于计算机视觉技术的轮对几何尺寸测量方法，包括图像采集、图像处理、特征提取、特征匹配、轮对几何尺寸计算等。
3.设计和开发基于计算机视觉技术的轮对几何尺寸测量系统，包括图像采集模块、图像处理模块、特征提取和匹配模块、轮对几何尺寸计算模块等。
4.进行系统测试和验证，对系统进行实时动态测量实验，并与传统测量方法进行对比分析，验证本研究方法的可行性和优势。
四、研究方法和技术路线
本研究方法主要采用计算机视觉技术。具体技术路线如下：
1.利用摄像机对轮对进行图像采集。
2.对采集的图像进行预处理，包括噪声去除、图像增强、边缘检测、归一化等处理。
3.对预处理后的图像进行特征提取，包括轮辐、轮缘和轮轴的边缘轮廓提取等。
4.利用特征提取的结果进行特征匹配，通过特征匹配找到轮辐、轮缘和轮轴的对应关系。
5.利用匹配后的结果计算轮对几何尺寸，包括轮径、圆度、轨距、倾斜度、离心度等几何参数。
6.轮对几何尺寸计算后进行误差分析，评估测量精度和可靠性。
7.设计和开发基于上述技术路线的轮对几何尺寸测量系统，进行系统测试和验证。
五、研究成果和预期目标
1.完成轮对几何尺寸自动与动态在线测量方法的研究，实现轮对几何尺寸的自动、动态、在线测量。
2.设计和开发基于计算机视觉技术的轮对几何尺寸测量系统，实现画面采集、特征处理、特征匹配和几何尺寸计算等功能。
3.进行系统测试和验证，评估系统的测量精度和可靠性，比较本研究方法和传统测量方法的优劣。
4.发表学术论文1篇。
六、研究周期和预算
本研究周期为1年，预算为50万元，包括设备购置、材料费、人员费用等。
七、研究团队和任务分工
本研究团队由5名成员组成，其中1名为研究负责人，2名为研究员，2名为研究助理。任务分工如下：
1.研究负责人：负责项目的组织、管理和协调工作，制定研究计划及进度，主持系统架构的设计和关键技术的研究。
2.研究员1：负责系统的图像采集和预处理、特征提取和匹配技术的研究和设计。
3.研究员2：负责轮对几何尺寸计算和误差分析，系统框架的设计和开发。
4.研究助理1：参与系统的设计和开发工作，协助负责人和研究员开展研究工作。
5.研究助理2：参与系统的测试和验证工作，协助负责人和研究员开展研究任务。
八、参考文献
1.王伟，刘世勇，张亮亮等.列车轮对几何参数自动化测量方法研究[J].现代制造工程，2008，8(3):56-59.
2.张文，孙金奎.基于视觉传感器的高速列车轮对几何参数在线测量[J].控制与决策，2015，30(2):211-215.
3.李昭，魏晓龙，马菲等.基于计算机视觉和图像处理的铁路车辆几何尺寸测量[J].铁道科学与工程学报，2016，13(3):631-636.
4.张茜，周静，韩干等.基于轮廓拟合算法的列车轮对几何参数在线测量系统[J].中国测试技术，2019，45(12):29-33.