摘 要

随着我国高铁里程纪录的不断刷新与高铁技术迅猛的发展，列车的行车安全受到越来越多的重视，围绕钢轨高尺寸精度、高平直度和高表面质量等要求，使得钢轨表面缺陷的在线检测成为保证列车行车安全的重要一环。人工检测已不足以满足我国铁路的发展，自动检测的准确性和高效率以广泛成为我国钢轨生产过程中的在线检测，把检测的数据通过计算机图像化展现出来，本次文主要内容如下：

1.通过收集大量国内外钢轨生产表面缺陷检测的相关信息，总结了国内外铁路钢轨生产过程中表面伤损检测的相关方法，结合实际调查情况，提出了在线检测管理系统，检测铁路轨道表面缺陷的必要性。

2.系统地介绍了激光传感器测距技术在线检测钢轨的原理以及钢轨表面缺陷数据处理流程中涉及到的主要算法，先将较为杂乱的数据经过数据预处理得到较高质量的数据；聚类算法以无监督的方式实现钢轨伤损数据的分类，将聚类结果与钢轨伤损数据特征对照得出分类依据。

3.钢轨在线检测系统的设计与实现。该系统以Miceosoft Visual Studio开发软件，C#语言编程，用SQL SERVER数据库进行数据入库、存储和处理等操作，并使用C#语言编写管理系统相关的程序。根据信息管理系统的需求，对系统的每个功能模块进行详细的分析和设计，并对数据库，数据表的结构进行分析，最后实现系统登录、注册、用户管理子系统，检验信息管理子系统，数据报表形式子系统和在线信息交换平台的功能，达到了人机交互效果。

4.通过钢轨在线检测得到的廓形数据进行实时采集，根据模拟的信息在计算机界面上进行展现，实现形象的产品检测过程再现，对检测结果以图形化的形式进行突出展现。

关键词：数据处理；在线检测；C#；人机交互

abstract

With the continuous development of high technology rapid refresh and iron of China's high-speed rail mileage record, traffic safety has attracted more and more attention of the train, The train traffic safety is more and more attention, around the rail high dimensional accuracy, high flatness and high surface quality requirements, making the rail surface defects on-line detection of train traffic to ensure an important part of the safety.Artificial detection is not enough to meet the development of China's railway, the accuracy and efficiency of automatic detection to a wide range of China's rail production process of online testing, the detection of data through computer graphics show，The main contents of this paper are as follows:

1. Based on the relevant information of surface defects detection at home and abroad, this paper summarizes the relevant methods of surface damage detection in railway rail production process at home and abroad. Combining with the actual investigation, this paper puts forward an online inspection and management system to detect the defects of railway track surface defects.

2. Introduced online electromagnetic rail inspection nondestructive testing principle and run flow of rail damage data processing algorithms involved in the process, the more messy data after the data preprocessing, get high quality data; clustering algorithm in an unsupervised manner to achieve the classification of rail damage data, the clustering results and rail damage the data obtained according to the classification characteristics of control.

3. Rail on-line inspection system. The system develops software with Microsoft Visual Studio, C# programming language, SQL SERVER database for data storage, storage and processing operations, using C# language management system program. According to the analysis of the information management system demand, the system function module and database, data table structure, the detailed design finally, the smooth realization of the system login, registration, user management subsystem, inspection information management subsystem, the function of data reporting system and online information exchange platform,. The interactive effect was achieved

4. By online detection of rail profile data real-time acquisition, according to the simulation

of the information on the computer interface display, the image of the product testing process, the test results are highlighted in a graphical form.

Key Words: On-line inspection;The human-computer interaction; graphical

目录

第１章 绪论 1

1.1研究背景和意义 2

1.2国内外钢轨伤损检测技术的现状 2

1.2.1国内钢轨检测技术的现状 2

1.2.2国外钢轨检测技术的现状 2

第２章 钢轨在线检测数据处理理论 3

2.1钢轨在线检测原理 3

2.2数据预处理 3

2.2.1数据清理 4

2.2.2数据集成 4

2.2.3数据转换 4

2.2.4数据归约 5

2.3钢轨伤损数据聚类算法 5

2.3.1划分聚类方法 5

2.3.2层次聚类方法 6

2.3.3密度聚类方法 6

2.4本章小结 7

第３章　钢轨在线检测系统的设计与实现 8　　　　　

3.1系统软件开发 8

3.1.1系统开发平台 8

3.1.2系统开发工具 8

3.2系统网络结构 9

3.3系统需求分析 10

3.4系统详细设计 12

3.4.1系统总体功能模块设计 12

3.4.2系统各功能模块设计 13

3.4.3系统数据结构设计 15

3.5系统功能实现 21

第４章 检测数据的人机交互与图形化展现 22

4.1 系统界面说明及使用方法 22

4.2 系统在线检测过程 23

4.3重要数据说明及相关实现方法 24

第５章 总结与展望 26

参考文献 27

致 谢 29

第1章 绪论

1.1研究背景和意义

铁路行业的发展在我国交通运输系统中发挥着重要的作用，钢轨作为铁路轨道设备的重要组成部分，在整个交通运输安全体系中处于战略地位。近年来，通过对铁路进行多次提速后，铁路的运输量得到了很大的提高，所以对列车的安全行驶有很高的要求。根据中国信息产业行业年度统计公报得知，铁道部对2005年，2010年和2012年的统计，我国铁路里程分别达到了7.5万公里，9.1万公里，9.8万公里，电气化铁路里程达到20200公里，42000公里， 51000公里。 到2013年底，全国铁路总长达11000公里。 2014年底，中国高铁运营总共达到16000公里，达到了世界高铁总里程的60％。2015年底中国高铁公里数己占全球三分之二还多，预计到2020年我国将建成高速铁路3万公里以上。

钢轨的质量问题对铁路运输的安全具有重大的意义。在钢轨的生产过程中，钢轨的各种性能指标中，钢轨的表面质量问题是其中非常重要的一项，如果钢轨的表面存在缺陷，那么将对我国高速运行的列车带来安全隐患，甚至造成重要的安全事故^[1]。尤其是随着我国铁路的高速化和重载化以及车流密度的增加，因此对钢轨质量提出了越来越高的要求。所以在钢轨生产过程中必须严格控制钢轨的表面质量，防止存在表面缺陷的钢轨成品出厂。这就得对钢轨出厂前对其表面质量进行严格的检测。除此之外，钢轨的质量对于钢轨生产企业具有重要的经济意义。在市场经济环境下，产品的质量是生产企业的生命线。存在缺陷的产品出厂不仅会带来纠纷和大量的经济赔偿，还会对企业的信誉产生极为不利的影响。近年来铁路建设的迅速发展大大增加了钢轨尤其是重轨的需求^[2]。随着产量的增大，对钢轨进行表面缺陷检测的问题越来越重要。