摘 要

伴随着我国交通运输的高速发展，火车、动车、高铁等铁路的发展越来越受到人们及相关部门的重视。正如我们所知，火车并不是在一条固定的轨道上运行，在行驶过程中，火车有时需要进行变轨操作，在这过程中，道岔就发挥了重要的作用，由于道岔是金属材质，长期暴露在外面，易受到雨水侵蚀和空气氧化，所以对道岔的安全检测至关重要。此外，在道岔生产过程中的检测也很重要，只有符合标准的道岔才能被采用。

本文针对道岔的检测做了相应的研究，主要通过研究提出了用激光传感器来测量道岔轮廓的一些数据，然后将数据进行收集，用MATLAB数学处理软件来处理测得的相应数据，然后处理得到所测道岔的数据，并使用MATLAB绘图功能绘出道岔的图像。

本系统的主要测量误差来源于激光传感器自身的精度和测量过程中的机械振动。设计采用先设置标定块作为参考物，这样可以减少机械振动对测量结果的影响。最终，本设计系统可以完整地展现出道岔的轮廓图，且测量误差在允许误差的范围内。

关键词:道岔；激光传感器；MATLAB；最小二乘法

Abstract

With the rapid development of the transportation in our country ,the development of the train ,light railway and high-speed rail have become more and more important to people and some relevant departments .As we all know the train runs not only on a track, sometimes it needs to change to another track .In this changing proceed, the track which is called track switch plays a very important role .Due to the material of the track switch is metal, it is easy to be corroded by rain and oxidized by air while it is exposed to the outside. Therefore, the test of the switch safety is vital. Besides, the test in the process of the track switch is very important as well. Only when the track switch conforms to the standard, it can be adopted.

This paper makes some relevant research, according to the test of track switch. Through the study, the paper puts forward with a method which uses laser sensors to measure certain data of the railway outline. Then, collect the relevant dataset. Then use Mathematical processing software, MATLAB, to calculate the some corresponding data. The calculated data is the parameter of the track switch. In the end, the images of the track switch can be drawn by MATLAB graphics functions.

The source of main measurement error is from the precision of the laser sensor itself and the mechanical vibration in the process of the measurement. This design sets an calibration as a reference, which can reduce the influence of the mechanical vibration on results. Finally, this design can fully show the contour map of track switch, with the measurement error under the range of the permissible error.

Key words: track switch；laser sensor；MATLAB；least squares

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究的背景、目的和意义 1

1.2研究现状 1

1.2.1接触测量法 2

1.2.2非接触测量方法 3

1.3本文研究内容 4

1.4预期目标 4

1.5本章小结 4

第2章 道岔检测系统 5

2.1道岔的工作原理 5

2.1.1单开道岔的系统 6

2.1.2单开道岔的特征 6

2.1.3单开道岔的参数 7

2.2激光传感器的原理 7

2.2.1激光测距传感器的原理及功能 7

2.2.2 采集数据装置 8

2.2.3 采样的结构 9

2.3 MATLAB简介 10

2.4本章小结 11

第3章 坐标系的建立 12

3.1最小二乘法 12

3.2 坐标转换 13

3.3标定值的选取 15

3.4小波分析 16

3.5本章小结 17

第4章 仿真及测试 18

4.1参数的测定 18

4.1.1标定块的选取 18

4.1.2坐标转换 18

4.1.3 图像的拼接 20

4.1.4滤波分析 21

4.2 道岔尖轨的检测 21

4.3 本章小结 24

第5章 结论 25

参考文献 26

致谢 27

第1章 绪论

伴随着我国经济的高速发展，轨道交通工具也发生了迅速的发展。从之前的绿皮车到如今的动车、高铁，交通方式及运输速度在几十年里也得到了质的提高。

1.1研究的背景、目的和意义

1876年，英国的怡和洋行在中国修建了从上海到吴淞口的第一条铁路吴淞铁路是中国土地上的第一条铁路，同时也开启了我们国家铁路的开创时期，在此期间我们中国也有了自己修建的第一条铁路—京张铁路。自1894年起到新中国成立前，是我国铁路发展的缓慢发展期。新中国建立后到改革开发前是我国铁路网骨架形成初期，得益于工业的发展，我国全国的铁路网骨架基本形成。改革开放后即1979年起，我国铁路已经进入飞速发展期，到目前为止，我国在国内已经形成了“八纵通道”、“八横通道”，全国城市基本都可以通过铁路连接起来，国外与诸多国家建立了铁路联系。至此，国家铁路建设框局基本完善，并且我国铁路的高速发展已经取得了令人瞩目的成就。火车、动车、高铁等铁路交通方便了现代化社会人们的出行，现阶段，我们国家正在向更高速、更安全地方向发展。

铁路线路组成结构复杂，主要有道床、轨枕、钢轨、联合零件、防爬设备和道岔等这几个部分。其中本文主要研究的就是道岔，众所周知，铁路运行时不只是单一的一条轨道线，有时需要变换车道，这时道岔就发挥了至关重要的作用。道岔是一种可以使行驶在一条轨道上的机车车辆转入或越过另一条轨道的线路设备，是铁路轨道系统中的一个重要组成部分。为了使机车车辆能够安全地从一股轨道转到另外一股轨道，道岔的性能参数至关重要。道岔按照其功能和用途也可以分成几类，主要有单开道岔、对称道岔、三开道岔、交叉渡线、复式交分道岔这五种标准类型。这其中单开道岔是最常见的类型。按照道岔的号数又可分为6、7、8、9、12、18以及大号码等。按照钢轨型又可分为43、50、60、75kg/m钢轨道岔。