[发明专利]一种基于图像识别的磁悬浮列车主动导向方法及系统

权利要求书

1.一种基于图像识别的磁悬浮列车主动导向系统，其特征在于，包括：转向架（5），其连接在磁悬浮列车与磁悬浮轨道（9）之间；图像识别传感器（1），其设置在所述转向架（5）的端部，用于实时获取磁悬浮列车运行过程中的轨道图像；控制器（4），其与所述图像识别传感器（1）通信连接，用于接收所述轨道图像，对轨道图像进行预处理，然后执行对轨道边界线的检测，获得磁悬浮列车即将驶入的磁悬浮轨道的状态，再根据所述磁悬浮轨道的状态解析出磁悬浮列车所对应的行驶速度和转向架转动角度，输出相应的驱动控制信号；控制电机（3），其连接所述控制器（4），接收控制器（4）所输出的驱动控制信号并根据所述驱动控制信号驱动其电机轴旋转；锥齿减速器（2），其一端与所述控制电机（3）的电机轴啮合连接，从动于所述电机轴运转；驱动轴（7），其垂直于所述转向架（5）设置在所述转向架（5）的前后两端，所述驱动轴（7）连接所述锥齿减速器（2）的另一端，从动于所述锥齿减速器（2）相对所述转向架（5）向左或向右转动相应角度；转向臂，其固定连接在所述驱动轴（7）上，从动于所述驱动轴（7）相对所述转向架（5）向左或向右偏转相应角度，且所述转向臂的两侧在磁悬浮列车行驶过程中保持不与所述磁悬浮轨道直接接触，所述转向架（5）包括：前端架，其设置在所述转向架（5）的前侧；后端架，其设置在所述转向架（5）的后侧；横梁架，其设置在所述转向架（5）的中间，连接所述前端架和后端架；所述前端架、后端架和横梁架沿磁悬浮轨道方向连接形成“工”字形结构，所述横梁架的前部侧壁和后部侧壁分别设置有所述控制电机（3）和锥齿减速器（2）；所述前端架和后端架上分别设置有所述驱动轴（7）和转向臂；所述前端架和后端架上的转向臂分别从动于驱动轴（7）、锥齿减速器（2）和控制电机（3），由控制器（4）控制而根据磁悬浮列车即将驶入的磁悬浮轨道的状态，向左或向右偏转由驱动控制信号所设定的转动角度，避免与所述磁悬浮轨道直接接触，所述基于图像识别的磁悬浮列车主动导向系统的方法步骤包括：第一步，接收图像识别传感器（1）所实时获取的述轨道图像，对轨道图像进行预处理；第二步，执行对轨道边界线的检测，获得磁悬浮列车即将驶入的磁悬浮轨道的状态；第三步，根据所述磁悬浮轨道的状态解析出磁悬浮列车所对应的行驶速度和转向架转动角度，输出相应的驱动控制信号；第四步，驱动磁悬浮列车的动力单元根据所述控制器（4）所输出的驱动控制信号调节磁悬浮列车至对应的行驶速度；驱动控制电机（3）的电机轴根据所述控制器（4）所输出的驱动控制信号旋转相应角度，带动转向架（5）前后两端的转向臂分别向左或向右偏转相应的转动角度，避免与所述磁悬浮轨道直接接触。

2.如权利要求1所述的基于图像识别的磁悬浮列车主动导向系统，其特征在于，所述前端架和后端架，其垂直于磁悬浮轨道的横截面由所述驱动轴（7）和转向臂形成“工”字形架体结构；其中，所述驱动轴（7）设置为“7”型、马蹄形或梯形，其截面积较小的一端连接所述锥齿减速器（2），其截面积较大的一端连接所述锥齿减速器（2）。

3.如权利要求1所述的基于图像识别的磁悬浮列车主动导向系统，其特征在于，所述图像识别传感器（1）包括：激光扫描器、线阵和面阵CCD摄像机、TV摄像机和数字摄像机；所述的图像识别传感器（1）至少设置在所述前端架的前侧端面上。

4.如权利要求1所述的基于图像识别的磁悬浮列车主动导向系统，其特征在于，所述第一步中，对轨道图像进行预处理具体包括：对轨道图像进行灰度化、滤波、边缘增强和二值化；其中，滤波步骤所使用的滤波算法包括：邻域平均法、中值滤波法和边缘保持平滑法；边缘增强步骤所使用的边缘检测的测算子包括： Robert算子、sobel算子、la-place算子；二值化步骤具体采用直方图法、最大类间方差法、最大熵法对边缘增强后的轨道图像进行二值化处理。

5.如权利要求1所述的基于图像识别的磁悬浮列车主动导向系统，其特征在于，第二步中，执行对轨道边界线的检测，获得磁悬浮列车即将驶入的磁悬浮轨道的状态的具体步骤包括:步骤201，对预处理后的轨道图像按照分水岭算法划分出其中的感兴趣区域；步骤202，对感兴趣区域中的轨道图像先检测其分道线，再检测其轨道边线，然后基于贝塞尔曲线模型、哈夫直线模型进行轨道线拟合。