基于級聯網絡的鋼軌頂面缺陷檢測方法研究

張曉宇,李立明,柴曉冬,鄭樹彬,汪晨曦

(上海工程技術大學城市軌道交通學院,上海 201620)

引言

鐵路是國家重要基礎設施、國民經濟大動脈和大眾化交通工具，對我國社會經濟快速發展和國防起著不可替代的全局性支撐作用。我國高速鐵路和高速列車技術研究建設經過了近20 年的發展歷程，截至2021年底，全國鐵路營業里程達到15萬km以上，其中，高鐵運營里程突破4萬km。2021年新增高鐵(快鐵)通車里程約2 452 km，除貴陽環線外均為時速250 km及以上線路。長期的高速行駛會引起車輛振動，從而使鋼軌頂面形成孔洞、擦傷和疤痕等各種缺陷[1]。這些缺陷不僅會影響鋼軌頂面的外觀，還會對鋼軌的性能和安全性產生長期不利影響。因此，鋼軌頂面缺陷檢測是檢測鋼軌質量安全的重要環節。由于人工檢測需耗費大量人力物力，而鋼軌頂面的檢測對在線檢測精度和實時性要求又很高，故手工檢測技術很難滿足這種嚴格要求。視覺檢測具有速度快、成本低、性能好等優點，典型的應用包括螺栓檢測[2]、波紋檢測[3]和裂縫檢測[4]。

其中，針對灰度圖像分布不均問題，張輝等[5]提出了基于改進MRF的鋼軌表面缺陷自動分割方法。針對難以區分缺陷與鋼軌表面其他區域的難題，LI等[6-7]設計了一種鋼軌表面缺陷實時視覺檢測系統，分別使用投影法和分層提取器得到缺陷對象，在一定程度上可將縱向背景信息與橫向缺陷信息進行區分，但當鋼軌表面背景過于復雜時，準確率有待提高?！?br>