Weryfikacja wyników pomiarów metodą wizyjną

Wartości mierzone podczas prób hamulcowych były nie tylko rejestrowane przez czujniki analogowo-cyfrowe, lecz cały proces hamowania był również nagrywany przez kamerę cyfrową. Celem rejestracji zakładanym podczas badań przemysłowych było sprawdzenie możliwości weryfikacyjnej parametrów kinematycznych kolei linowej metodą wizyjną.

Urządzeniem rejestrującym była kamera cyfrowa typu JVC GZ-HD520BEU, o rozdzielczości AVCHD 1920 x 1080. Szybkość rejestracji wynosiła 60 klatek na sekundę (24 Mbps). Początkowo planowano wykorzystanie kamer szybkich, jednakże ze względu na wysoki koszt ich wypożyczenia, jak i przygotowania odpowiedniego stanowiska pomiarowego (potrzebny dźwig lub podnośnik nożycowy) oraz trudności wynikające z ukształtowania terenu(stok narciarski – odległość 300 m od dolnej stacji) zrezygnowano z ich zastosowania.

Analiza zarejestrowanego obrazu została przeprowadzona w programie TEMA-Automotive. Oprogramowanie to dedykowane jest dla kamer szybkich, jednakże używane jest również do analizy zjawisk o niższej częstotliwości zapisu pomiaru.

Oprogramowanie wykorzystuje tzw. metodę optical flow, która polega na wydobyciu pikseli na płaszczyźnie ruchu – każdy piksel posiada przyporządkowany wektor, który określa jego przesunięcie w kolejnych klatkach obrazu [115]. Algorytm zastosowany w analizie bazował na metodzie Block Matching [114], która charakteryzuje się łatwością stosowania oraz szybkością działania. Polega ona na poszukiwaniu w analizowanej klatce fragmentu obrazu, który został wcześniej zdefiniowany w klatce referencyjnej.

W zależności od jakości obrazu (liczby pikseli reprezentującej obserwowany punkt), występują tzw. błędy dopasowania, które mogą doprowadzić nawet do utraty śledzonego punktu. Algorytm stosowany przez program polega na tworzeniu globalnej powierzchni błędów w oknie poszukiwań i wyszukiwaniu minimum, które reprezentuje obraz najbardziej zbliżony do wcześniej zdefiniowanego [79].

Podstawowym obszarem poszukiwań wielkości jest

±16

129 Błędy mogą również wynikać z wpływu warunków zaburzających widok, są to m.in.: niekontrolowane odbicie światła, szumy, niedostatki w zakresie ekspozycji. Nieprawidłowe wypozycjonowanie kamery (powinna być ustawiona prostopadle do płaszczyzny ruchu obiektu) oraz niepewność wartości kąta, pod jakim prowadzony jest pomiar, również obarczają wyniki błędem [42].

Po przeprowadzeniu pierwszych analiz stwierdzono, że kamera cyfrowa nie spełnia wymagań dotyczących jakości obrazu ze względu na zbyt niską rozdzielczość. Powoduje to ograniczenie analiz jedynie do pomiaru przesunięcia i prędkości śledzonego punktu oraz wyznaczenia trajektorii ruchu (rys.VIII.10.). Dodatkowo istnieje możliwość określenia wartości kąta wychylenia krzesła (rys.VIII.11.).

VIII.3.1 Analiza wizyjna

Analiza wizyjna wyników hamowania kolei nieobciążonej uzyskanych w okresie letnim polegała na określeniu trajektorii pojazdu i kąta jego wychylenia podczas procesów hamowania (rys.VIII.10 i VIII.11).

Stop Niebezpieczeństwo 0%/0% – przeprowadzona w lipcu 2012 roku.

Rys.VIII.10. Wyznaczenie trajektorii ruchu dwóch śledzonych punktów.

Rys.VIII.11. Wyznaczenie kąta wychylenia śledzonego pojazdu.

Natomiast porównawcza analiza wizyjna została przeprowadzona dla dwóch pomiarów, które odbyły się w okresie zimowym. Szczegółowo rozpatrywanymi procedurami były Stop Niebezpieczeństwo 100%/0% oraz Stop Awaria 100%/0% (rys.VIII.12 i VIII.14). Urządzenie rejestrujące było ustawione ok. 55 metrów od analizowanej płaszczyzny, w której poruszało się krzesło. Różnica wysokości pomiędzy kamerą a pojazdem wynosiła ok. 13 metrów.

130 Do określenia wartości piksela posłużył odcinek zawieszenia ramy krzesła, liczony od wprzęgła do połączenia z elementem poprzecznym ramy.

• Stop Niebezpieczeństwo 100%/0%

Procedura Stop Niebezpieczeństwo 100%/0%, została stosunkowo dobrze odwzorowana (rys.VIII.13). Współczynnikiem korygującym pomiar było obniżenie wartości wychylenia kąta o 5%. Zastosowanie jego wynikało z ułożenia kątowego kamery w stosunku do zawiesia krzesła.

Rys.VIII.12. Śledzone punkty podczas procesu hamowania Stop Niebezpieczeństwo 100%/0%.

Rys.VIII.13. Porównanie wyników analizy wizyjnej z symulacjami z modelu dynamicznego (Stop Niebezpieczeństwo 100%/0%).

Obliczony błąd względny pomiędzy wartościami zasymulowanymi a określonymi przez analizę wizyjną w miejscach największych wychyleń pojazdu mieścił się w granicach od 5,3% do 21% (nie uwzględniając niepewności pomiarowej).

• Stop Awaria 100%/0%

Wyniki analizy wizyjnej dla procedury Stop Awaria 100%/0% nie miały tak dobrej zbieżności z wynikami modelu numerycznego, jak poprzednia. W celu określenia podobieństwa dwóch krzywych

-15 -10 -5 0 5 10 15 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 K ą t w y ch y le n ia k rz e sł a [ o] Czas [s]

Stop Niebezpieczeństwo 100%/0% - analiza wizyjna

analiza wizyjna symulacja numeryczna

131 zastosowano współczynnik korygujący wartości pochodzące z analizy wizyjnej podwyższając go o 63% wartości nominalnej. Był on uwzględniony jedynie podczas pierwszych 3,3 sekundy procesu hamowania. Pozostałe wartości nie były korygowane. Różnica ta prawdopodobnie wynikała z miejsca zatrzymania krzesła przy tym samym ustawieniu kamery (dalej niż przy procedurze Stop Niebezpieczeństwo – rys.VIII.12 i VIII.14)).

Błąd względny dla wyników procedury SA 100%/0% określony dla punktów maksymalnego wychylenia krzesła zawiera się w przedziale 8,1% – 32%.

Rys.VIII.14. Śledzone punkty podczas procesu hamowania SA 100%/0%.

Rys.VIII.15. Porównanie wyników analizy wizyjnej z symulacjami z modelu dynamicznego (SA 100%/0%).

VIII.3.2 Analiza zjawiska „pompowania”

Mianem zjawiska „pompowania” określa się pionowe ruchy liny występujące podczas procesów dynamicznych na kolei linowej. Charakteryzuje je zazwyczaj duża amplituda drgań, która może doprowadzić nawet do zsunięcia się liny z krążków. Zjawisko to jest również niekorzystne dla pasażerów przebywających w pojazdach. Mogą oni odczuwać dyskomfort, a w sytuacjach, w których występują duże wartości amplitudy połączone z wychyleniami pojazdu, może nawet dojść do ich wypadnięcia z krzeseł. -6 -4 -2 0 2 4 6 8 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 K ą t w y ch y le n ia p o ja zd u [ o] Czas [s]

SA 100%/0% - analiza wizyjna

132 Obiektem poddanym analizie wizyjnej była masa skupiona w punkcie połączenia krzesła z liną (wprzęgło) dla procedury hamowania Stop Niebezpieczeństwo 100%/0%.

Rys.VIII.16. Porównanie wyników przemieszczenia pionowego masy zredukowanej w punkcie połączenia krzesła z liną dla analizy wizyjnej z symulacją z modelu dynamicznego (Stop Niebezpieczeństwo 100%/0%).

Charakterystyka porównawcza (rys.VIII.16) dla tak przyjętych parametrów modelu dynamicznego nie odpowiada wartościom zarejestrowanym wizyjnie. Brak dopasowania wynika z dużych uproszczeń modelu matematycznego.

Zagadnienie redukcji zjawiska „pompowania” było podejmowane już przez kilku naukowców, jak również przez inżynierów z firm produkujących koleje linowe. Autor dotychczas nie spotkał się ze zweryfikowanym modelem numerycznym kompleksowo rozwiązującym ten problem.

Dlatego jednym z przyszłych celów naukowych będzie jego szczegółowa analiza w aspekcie możliwości predykcji numerycznej.

VIII.4 Podsumowanie procesów weryfikacji i walidacji modelu numerycznego