基于机器视觉的高速铁路基础设施服役状态智能监测理论及方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    U1734208
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    233.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0809.道路与轨道工程
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The intelligent monitoring and assessment of the serviceability of high speed railroad infrastructure is indispensable for rail operation and safety. The machine vision based monitoring and assessment have emerged as one of the effective methods. This research study is aimed at tackling the key challenging problems associated with the use of machine vision based methods, including the development of referencing moving platform of high precision, accurate measurement of deformation parameters of engineering structures, efficient recognition of images of structure surface defects, and the engineering application of the monitoring information from machine vision. First, the relations between machine vision based key performance indicators of engineering structures (static and kinematic deformation, surface defects, etc.) and degradation mechanisms of corresponding in-service performances were analyzed. The theory and methods for developing the referencing position and movement of the moving platform are studied with which the high-precision, machine-vision-based measurement of both static and kinematic geometry parameters of engineering structures can be achieved. The deep learning neural network algorithms are investigated for their use in solving multi-task and multi-flag recognition problems encountered in surface defect monitoring with complex and irregular background noises. The goal is to achieve efficient and accurate image analysis and recognition of surface defects. Finally, both big data analysis and deep learning models are employed to develop in-service performance evaluation and prediction methods by combining machine vision based monitoring information and those from other monitoring sources. The findings of this study can provide technical guidance and assurance for the operational safety and cost-effective maintenance of high speed railroad infrastructure.
高铁基础设施服役状态智能监测对铁路安全有重要意义。视觉监测是高效的基础设施服役状态监测手段,本项目针对其在高速铁路工程应用中必须解决的运动平台高精度基准建立、工程结构变形几何量高精度测量、结构表面损伤图像高效判读、视觉监测信息工程应用等关键难题展开研究。首先分析基于机器视觉的工程结构关键性能指标(静动态变形、表观病害等)与服役性能劣化机理的关系。然后,研究运动平台位置姿态基准建立理论与方法,实现基于运动平台的工程结构静、动态几何量精确视觉测量;研究深度神经网络算法,解决表观病害监测中复杂不规则背景干扰下弱图像信号的多任务多标签识别问题,实现表观病害图像精准识别和分析及预测。最后,运用大数据分析、深度学习模型,研究融合机器视觉等多源监测信息的结构服役性能评估与预测理论与方法。为高速铁路基础设施安全运营与科学维养提供技术保障。

结项摘要

高铁基础设施服役状态智能监测对铁路安全有重要意义,机器视觉是高效的基础设施服役状态监测手段。项目基于机器视觉开展高铁基础设施静动态变形(路基沉降、隧道衬砌变形、桥梁静动态挠度)和表观伤损(裂缝)智能监测理论与方法的系统研究,在动平台高精度摄影测量、精准图像识别和基础设施服役性能智能评估方面取得创新性研究成果。.(1)探明了混凝土梁裂缝宽度、静力挠度和自振频率等为症状指标的演化规律,提出了针对环境激励下土木工程结构模态参数的识别方法,创建了基于抗力-车辆荷载效应双随机过程的在役钢筋混凝土桥梁构件时变可靠度分析与寿命预测方法。.(2)提出了一种无需人工靶点的非接触式多点结构动位移测量方法;发明了基于动平台的高速铁路桥梁静态挠度监测方法,开发了具有位移测量、频谱分析、屏幕自适应、实时数据显示、动态捕捉以及系统重置功能的无目标视觉位移测量系统;建立了基于图像三维重建的隧道变形监测技术。.(3)建立了局部和非局部图像恢复模型,提出了广义特征问题的D2SPP求解方案,实现自然场景的良好视觉感知;创建了基于数字图像技术的高铁隧道衬砌裂缝检测、铁路路基病害识别感知和铁路轨道结构伤损精细化检测和特征分析技术。.项目研究发表SCI 检索论文46篇,EI 检索论文22篇,CSCD检索论文8篇,会议论文3篇;出版学术专著1部;授权国家发明专利17项,实用新型专利19 项,软件著作权5项,另有7项发明专利处于实审阶段;培养博士研究生2人,硕士研究生14人。研究成果已实现了部分转化应用,先后承担了贵南高铁、焦柳铁路等10多项交通基础设施变形、病害检(监测)与维护技术服务工作,相关成果已直接应用于焦柳线黄土岗隧道、施溶溪大桥的病害检测评估,为其加固处置提供了理论与实践指导。

项目成果

期刊论文数量(76)
专著数量(1)
科研奖励数量(3)
会议论文数量(3)
专利数量(40)
Experimental investigations on the cross-correlation function amplitude vector of the dynamic strain under varying environmental temperature for structural damage detection
不同环境温度下动态应变互相关函数幅值矢量结构损伤检测的实验研究
  • DOI:
    10.1177/1461348418820237
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Low Frequency Noise Vibration and Active Control
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Li Miao;Ren Wei-Xin;Huang Tian-Li;Wang Ning-Bo
  • 通讯作者:
    Wang Ning-Bo
A Distributed Biased Boundary Attack Method in Black-Box Attack
黑盒攻击中的一种分布式偏向边界攻击方法
  • DOI:
    10.3390/app112110479
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Applied Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xiang Fengtao;Xu Jiahui;Zhang Wanpeng;Wang Weidong
  • 通讯作者:
    Wang Weidong
考虑轮轨非线性接触的车辆- 轨道- 桥梁垂向耦合系统随机振动分析
  • DOI:
    10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2020.01.016
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    振动工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘付山;曾志平;郭无极;朱志辉
  • 通讯作者:
    朱志辉
考虑轨道谱概率分布的不平顺样本模拟方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    铁道学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曾志平;刘付山;王卫东;朱志辉
  • 通讯作者:
    朱志辉
盾构下穿运营铁路施工风险模糊综合评价方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    铁道科学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    林大涌;雷明锋;曹豪荣;李玉峰
  • 通讯作者:
    李玉峰

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其他文献

Frequency Offset Compensation for Satellite Communication System with CE-OFDM
CE-OFDM卫星通信系统频偏补偿
  • DOI:
    10.1109/cc.2017.8014351
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    China Communications
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    崔高峰;王程;王卫东;张英海
  • 通讯作者:
    张英海
基于CE-FEA和小信号分析快速计算逆变器供电下聚磁式场调制电机中永磁体涡流损耗
  • DOI:
    10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.191103
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    电工技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱洒;卢智鹏;王卫东;田建;王豪
  • 通讯作者:
    王豪
基于Linux系统的LEO卫星动态路由协议研究与实现
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    北京邮电大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王程;徐玭;张素兵;王力权;王卫东
  • 通讯作者:
    王卫东
智能分类器方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    江苏科技大学学报,Vol.21, No.1, 42-47, 2007
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王卫东;郑宇杰;杨静宇
  • 通讯作者:
    杨静宇
自然单元法在线弹性断裂力学中的应用研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    盖珊珊;王卫东;张敦福;程钢
  • 通讯作者:
    程钢

其他文献

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王卫东的其他基金

铁路选线地质灾害时空危险性评估理论与方法研究
  • 批准号:
    51478483
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
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相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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