【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及列車軌道，尤其涉及一種軌道鋼軌全斷面點云匹配方法。
技術介紹
1、隨著我國交通行業(yè)的不斷發(fā)展，鐵路運輸已成為其中不可分割的重要組成部分，而在確保交通發(fā)展的同時，安全問題也不容忽視地擺在了技術人員的面前。軌道作為列車運行的“公路”在鐵路中扮演著非常重要的角色，軌道的狀態(tài)直接影響著列車是否能安全運行。傳統(tǒng)的軌道檢修過程中只能依靠人工肉眼去觀察軌道狀態(tài)是否正常，不僅任務工作量巨大，而且檢修過程中也容易出紕漏。為此人們開始利用自動化設備并設計自動測量方法來取代人工對列車軌道進行測量檢修。
2、現有的測量方法大多應用非接觸式測量方法，它主要利用激光位移傳感器和結構光視覺，并基于三角測距原理測量，軌道輪廓的位置可以根據激光器與攝像機的幾何關系以及激光線陣ccd上的成像位置來確定。也有人采用慣性基準法來進行測量，利用列車車輪與軌道接觸點瞬間的加速度變化來判斷左右軌道高低變化情況，再結合激光線陣相機獲取軌內側輪廓與慣導數據相結合，根據安裝位置的幾何關系從而計算出軌道的其他參數。
3、然而，非接觸式測量方法獲得的軌道截面輪廓可能具有稀疏的采樣點，并且測量數據可能受到環(huán)境光干擾的影響；而且采集速度慢不適合較長的線路，消耗人力過多，測量成本過高，維修也不方便。而慣性基準法則在列車速度以及設備安裝上有較高要求，判定軌道異常時精度易受到速度影響而產生誤差。
技術實現思路
1、基于此，有必要針對現有技術中的不足，提供一種軌道鋼軌全斷面點云匹配方法。
2、一種軌
3、步驟1：數據掃描，采用激光輪廓儀掃描軌道左右鋼軌，獲取其截斷面的點云數據；
4、步驟2：數據篩選，統(tǒng)計點云數據中掃描點的坐標個數并進行判斷篩選，當掃描點的坐標個數小于設定參數值時判定為掃描缺失不進行處理，當掃描點的坐標個數大于或等于設定參數值時進行下一步處理；
5、步驟3：獲取軌頭坐標點，將原始數據在y軸方向上降序排列，找出點云數據中連續(xù)n個在垂直距離上小于判定值a的點，將其確定為軌頭上點并獲取相應點的坐標，其中，判定值a可以判斷點云在一條水平線上并不是噪點；
6、步驟4：確定軌頭軌腰分割點，因為輪廓掃描設備的安裝角度原因，軌頭與軌腰部分的距離會大于設定值，即若相鄰兩個掃描點之間的距離大于設定值，則可以說明y坐標較大的點為軌頭與軌腰的分割點，其中設定值與設備的具體安裝角度相關，并不是一確定值，根據獲取的點坐標和數據與軌道設計標準相對比進行判別，若采集數據狀態(tài)正常則軌頭軌腰分割點坐標為計算值，若數據狀態(tài)異常，則采用軌道設計標準中的軌頭下36mm處作為軌頭軌腰分割點；
7、步驟5：分割軌頭和軌腰，根據軌頭軌腰分割點坐標分割軌頭和軌腰，其中點云數據中y軸坐標值大于或等于軌頭軌腰分割點y軸坐標值的點為軌頭點，y軸坐標值小于軌頭軌腰分割點y軸坐標值的點為軌腰點，并去除軌頭部分雜點；
8、步驟6：軌頭數據異常判斷，獲取軌頭部分特征點數據，分別按照y軸坐標、x軸坐標降序排列最大最小坐標值；設定一區(qū)域值，若軌頭寬于區(qū)域值內的最大值則軌頭過寬，低于區(qū)域值內的最小值，則軌頭過窄；
9、步驟7：軌腰劃分，首先以軌頭點中x軸坐標值最大及最小的兩個點為參考，刪除軌腰兩側多余數據點，然后按照x軸方向點采用聚類劃分方法，將軌腰分為軌腰左側和軌腰右側；
10、步驟8：獲取軌道特征點坐標數據，根據軌腰左側和軌腰右側中的掃描點個數更新軌腰寬度，當軌腰左側和軌腰右側中的掃描點個數大于設定參數值時，以軌腰左側值減去軌腰右側值的最小值再取兩個點的中心作為軌腰間距最小處中心，若只有單側大于設定參數值，則根據大于一側的軌腰凹陷極值減去8.25mm作為軌腰間距最小處中心，去除噪點數據以及有補償采集有問題的數據后，再獲取軌道特征點坐標數據并保存；
11、步驟9：確定擬合圓，根據軌道特征點坐標數據中的軌額角點坐標及軌道設計標準中的半徑參數確定軌額處的擬合圓，并以相同方式獲取軌腰處擬合圓及軌腰軌底曲線擬合圓；
12、步驟10：旋轉擬合，以軌腰軌底曲線擬合圓為基準并以軌道設計標準為參照對整個軌道掃描斷面進行旋轉擬合，每旋轉一次重新獲取軌道特征點坐標數據；
13、步驟11：匹配，當軌腰軌底曲線擬合圓的圓心與軌道設計標準小于設定參數值時軌道匹配完成，更新軌道特征點坐標數據；
14、步驟12：獲取參數，根據保存的軌道特征點坐標數據獲取所需的軌道幾何參數。
15、進一步地，在所述步驟2中，當掃描點坐標個數大于設定參數值時還可以通過插值法去點進行降采樣來減小運算壓力，提高運算速度。
16、進一步地，在所述步驟4中，若點云數據中存在多組距離大于設定參數值的兩個相鄰掃描點，則將這些點在y軸方向上降序排列，以其中y軸坐標值最大的掃描點作為軌頭軌腰分割點并獲取相應點的坐標。
17、進一步地，在所述步驟6中，當軌道轉彎時，軌道會有一個軌底坡度，整個軌道會向左或向右傾斜，從而軌頭最高點到x軸最大最小點的高度距離會不同，在該種情形下，激光輪廓儀就會對軌道界面的掃描存在部分的缺失；對于該種掃描缺少導致的數據異常，可根據軌道設計標準進行補償，即根據軌道設計標準中的對應數據給定軌頭部分x軸的最大值及最小值。
18、進一步地，在所述步驟9中，若軌腰數據不好則根據軌道設計標準中的給定值來獲取軌腰處擬合圓；若軌腰軌底數據有問題，則根據擬合處縱坐標應是軌底遠端到擬合處橫坐標距離的三分之一加上軌底遠端縱坐標獲取軌腰軌底曲線擬合圓。
19、進一步地，在所述步驟10后，還設有鉛直校準步驟，采用軌腰處擬合圓進行鉛直校準，由于擬合圓到軌底的距離是固定的，將其與豎直狀態(tài)的軌道設計標準進行比較，即可避免軌底數據有異常；當比對后，差別過大時，進行二次垂直調整，使鋼軌點動鉛直；再重新計算鋼軌的特征值。
20、綜上所述，本專利技術一種軌道鋼軌全斷面點云匹配方法的有益效果在于：通過設計精確的鋼軌全斷面點云匹配方法，解決了現階段對軌道測量在滿足便攜性、精準度上，用較少的設備，較低的成本，能適應各種環(huán)境的痛點，實現了根據軌道全斷面與軌道設計標準進行點云匹配，從而獲取軌道在使用后與標準軌形狀上是否有差別，計算出軌道的幾何參數的目的，這種方法不僅具有響應速度快、檢測精度高的優(yōu)點，而且對設備安裝要求條件不高，魯棒性好；本專利技術實用性強，具有較強的推廣意義。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種軌道鋼軌全斷面點云匹配方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的軌道鋼軌全斷面點云匹配方法，其特征在于：在所述步驟2中，當掃描點坐標個數大于設定參數值時還可以通過插值法去點進行降采樣來減小運算壓力，提高運算速度。
3.如權利要求1所述的軌道鋼軌全斷面點云匹配方法，其特征在于：在所述步驟4中，若點云數據中存在多組距離大于設定參數值的兩個相鄰掃描點，則將這些點在Y軸方向上降序排列，以其中Y軸坐標值最大的掃描點作為軌頭軌腰分割點并獲取相應點的坐標。
4.如權利要求1所述的軌道鋼軌全斷面點云匹配方法，其特征在于：在所述步驟6中，當軌道轉彎時，軌道會有一個軌底坡度，整個軌道會向左或向右傾斜，從而軌頭最高點到X軸最大最小點的高度距離會不同，在該種情形下，激光輪廓儀就會對軌道界面的掃描存在部分的缺失；對于該種掃描缺少導致的數據異常，可根據軌道設計標準進行補償，即根據軌道設計標準中的對應數據給定軌頭部分X軸的最大值及最小值。
5.如權利要求1所述的軌道鋼軌全斷面點云匹配方法，其特征在于：在所述步驟9中，若軌腰數據不好則根據軌道
6.如權利要求1所述的軌道鋼軌全斷面點云匹配方法，其特征在于：在所述步驟10后，還設有鉛直校準步驟，采用軌腰處擬合圓進行鉛直校準，由于擬合圓到軌底的距離是固定的，將其與豎直狀態(tài)的軌道設計標準進行比較，即可避免軌底數據有異常；當比對后，差別過大時，進行二次垂直調整，使鋼軌點動鉛直；再重新計算鋼軌的特征值。
...【技術特征摘要】
1.一種軌道鋼軌全斷面點云匹配方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的軌道鋼軌全斷面點云匹配方法，其特征在于：在所述步驟2中，當掃描點坐標個數大于設定參數值時還可以通過插值法去點進行降采樣來減小運算壓力，提高運算速度。
3.如權利要求1所述的軌道鋼軌全斷面點云匹配方法，其特征在于：在所述步驟4中，若點云數據中存在多組距離大于設定參數值的兩個相鄰掃描點，則將這些點在y軸方向上降序排列，以其中y軸坐標值最大的掃描點作為軌頭軌腰分割點并獲取相應點的坐標。
4.如權利要求1所述的軌道鋼軌全斷面點云匹配方法，其特征在于：在所述步驟6中，當軌道轉彎時，軌道會有一個軌底坡度，整個軌道會向左或向右傾斜，從而軌頭最高點到x軸最大最小點的高度距離會不同，在該種情形下，激光輪廓儀就會對軌道界面的掃...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：沈寶平，易青松，周浩，孫澤恩，劉寧波，劉林昕，朱曉東，董輝，
申請(專利權)人：東莞市諾麗科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。