轮对作为列车最重要的走行部件,在其运行过程中持续与钢轨产生摩擦和撞击,造成其表面不断被磨损,严重时还会产生缺陷。随着我国铁路与轨道交通的快速发展,列车运行速度不断提高,轮对磨损和缺陷产生的速度也不断加快,对列车的运行安全带来越来越严重的影响。通过在线测量及时掌握轮对的外形尺寸变化规律和发现轮对故障,不仅能很大程度消除列车运行的安全隐患,同时能指导轮对璇修作业,产生巨大的社会效益和经济效益。车轮外形尺寸在线测量可以弥补人工检测的诸多不足,及时了解和获取轮对运行的最新情况,实现轮对的数字化管理,不仅是铁路运输发展的主流方向,也是铁路和城市轨道交通的重要安全保障。本博士论文在国家自然科学基金重点项目《高速重载极端条件下轮对状态动态监测基础问题与关键技术研究》（51935002）的资助下,开展轮对外形尺寸在线测量方法与系统研究,主要工作如下:（1）对基于线结构光视觉的车轮踏面轮廓在线测量方法与关键技术进行了研究,研制出相应的车轮踏面轮廓在线测量系统。利用对射型光电开关对车轮进行定位,利用两个激光视觉传感器对车轮踏面轮廓进行扫描,经过计算机程序完成图像处理和三维重建后可以得到车轮的轮缘高度、轮缘厚度、QR值、轮辋宽、内侧距、位姿等参数。针对轮对现场测量复杂环境光照条件造成光条混叠等问题,提出激光条纹提取算法和激光视觉传感器快速标定法,不仅提高测量精度,同时提高测量的鲁棒性和实用性。测量装置于2017年12月安装在银川运用车间铁路现场,通过长时间大量现场实验验证了方法的有效性,实现列车正常通过入库路段时对车轮踏面轮廓进行准确快速测量。（2）提出了一种基于一维激光位移传感器和激光视觉传感器动态测量轮对车轮踏面直径的方法。该方法采用三个一维激光位移传感器得到的测量数据和基于结构光视觉测量得到的踏面轮廓数据,利用三点测圆的原理对踏面70 mm处直径进行准确测量,具有结构简单、测量精度高、成本低等优点。铁路现场的运行结果表明,该方法能够克服在线测量对轮径测量位置的限制,且能够适应现场复杂的环境,测量精度可以满足铁道部门对轮径现场测量的需求。（3）提出了一种基于车轮外形尺寸实测数据的力学模型分析方法,对轮轨接触力进行分析,计算得到列车安全运行指数,以此对车轮的磨耗行为进行预测。该方法首先建立列车车厢的多刚体动力学模型,然后根据现场测量得到的车轮踏面轮廓、轮径、位姿等数据替换车轮部分的模型,分析计算轮轨接触力,并根据接触力的计算结果对车轮的磨耗量进行预测,为轮对磨耗超限预警提供一种途径。