基于TLS数据的站场线路点云提取算法

铁路站场线路几何信息对于铁路安全管理与维护具有重要意义。由于铁路站场内包含多条线路,且轨道错综复杂,使得从大场景点云中自动提取多股道钢轨点云成为难题。地面激光扫描TLS(Terrestrial Laser Scanning)作为非接触式测量手段,可快速获取铁路场景中的海量点云数据。针对TLS技术获取的铁路站场点云数据,提出一种基于Delaunay三角网聚类的多股道钢轨点云提取算法。基于分割-归并的思想,在获取铁路站场高精度点云后,沿站场线路方向将点云分为若干段,基于轨道平顺性特征,利用三角网聚类算法逐段提取钢轨顶面点云。在归并阶段整合站场中各股道轨面点云信息,将各段轨面点云连接起来,同时匹配左右轨面点云。将该方法在玉林站部分站场区域进行实例验证,提取到的轨道点云在对象层面上的总体精度为93.95%,完整度为90.57%,准确度为97.59%,相较于平面格网法,提取总体精度提升了5.65%,准确度提升了18.49%。在10处截面提取轨面宽度与轨距,统计结果表明轨面宽度中误差为5.2 mm,轨距中误差为5.3 mm,满足工程精度需要。实例结果表明,算法可准确有效提取站场多股道钢轨顶面点云,...     

地面激光扫描技术在既有铁路勘测中的应用研究

以线路中心线为基本控制线的既有线测量方法施测困难,且对运营干扰大、安全性差、效率低。本文提出了将激光扫描技术应用于既有铁路勘测的数据采集方案和数据处理方法,利用地面三维激光扫描仪Surphaser 25HSX对测区长1 500 m的既有线按照试验施测方案进行了点云数据采集,并结合数据后处理软件Geomagic和Cyclone进行了点云预处理、点云配准及表面建模,提取实时线路中心线与原始航测底图进行对比分析,对试验数据做了精度分析。试验研究表明:采用合理的标靶设置和测站布设,三维激光扫描所得点云数据可满足既有线勘测设计需要,并且能提高获取原始数据的效率,保证了数据质量,降低了数据处理的复杂程度,测量方式更安全且信息丰富。     

三维激光扫描仪在高速铁路轨道线形测量中的应用

为解决传统轨道检测小车测量作业效率低、成本高、数据形式单一等问题,采用基于自由测站的三维激光扫描仪进行点云数据获取,通过对仪器技术参数及扫描模式分析,对点云平面及高程坐标精度推算,确定了设站模式、作业线路、设站间隔。结合16 km隧道内既有铁路轨道线形测量工程实例,对比了轨检小车与三维激光扫描仪在人员、设备以及作业用时方面的差别;通过对414站扫描设站精度进行统计,推导计算得出点云坐标平面精度可达2.45 mm,高程精度可达1.06 mm。通过自主研发软件提取轨道中线三维坐标,采用稳健平滑滤波进行去噪处理,结果表明,点云中线坐标与静态轨检小车测量结果横向偏差平均值为2.7 mm,高程较差平均值为3.9 mm。     

基于3D移动测量系统点云数据的钢轨信息自动提取方法

为实现铁路基础设施智能化管理运维,利用3D移动测量系统高效获取高精度点云数据,并对点云数据进行智能化处理。钢轨作为铁路基础设施中最基本的单元,是几何参数计算的基础,对其信息进行自动提取具有重要意义。因此,提出了一种基于3D移动测量系统点云数据的钢轨信息自动提取方法。首先利用点云数据中的角度信息快速实现道床区域的分割,有效减小计算量;然后利用精细栅格划分和动态阈值实现地面点与非地面点的分离;最后利用DBSCAN聚类算法与RANSAC算法完成钢轨点云数据的最终提取。为验证该算法的有效性,以国铁场景钢轨点云数据和隧道场景钢轨点云数据为试验对象,验证结果显示国铁场景和隧道场景的钢轨点云提取准确度分别为96.32%和97.54%,完整度分别为92.14%和94.87%,准确度和完整度均高于90%。试验结果表明:该方法具有操作简单,提取结果准确的优点。     

基于连续点云数据的既有铁路轨面信息快速提取算法设计

三维激光扫描获取的既有铁路点云数据具有海量性、离散性等特点,难以从点云数据中快速提取线路参数.为此,结合现场实测数据,提出一种基于连续点云数据的既有铁路轨面信息快速提取算法.通过k-d树实现点云的快速搜索、查询和储存,利用主成分分析法和移动激光点聚类法提取的接触线分割构建出铁路缓冲区,进而通过平面格网法的粗提和多种约束条件下的精提实现了轨面点提取.对既有线路现场试验结果表明,轨面点提取的完整度c和准确度p均在93％以上,该方法能较好地实现钢轨轨面点云的快速提取.     

三维激光扫描法测量铁路罐车容积辅助工装研发

采用三维激光扫描法测量装有加液管的铁路罐车容积时,由于加液管的遮挡,造成扫描点云图像缺失,出现罐车容积值偏差较大的问题。为此,设计可伸缩的辅助工装。扫描时,借助辅助工装可加大三维激光扫描仪与加液管间距离,在保持倒置工装优点的同时,能解决装有加液管罐车扫描点云图像缺失面积较大的问题。对比试验数据,结果表明:在使用三维激光扫描仪测量装有加液管的铁路罐车容积时,借助辅助工装,可进一步减小示值误差。     

高速铁路Ⅲ型轨道板尺寸快速检测技术研究

提出一种基于激光跟踪和手持激光扫描组合技术的轨道板外观尺寸快速检测方法。手持类激光扫描仪可以快速、高精度地获取轨道板表面激光点云数据,绝对激光跟踪仪可为手持扫描仪提供高频、高精度位置和姿态信息,这些信息将用于手持扫描仪实时定位定姿。利用扫描获取的轨道板激光点云数据,通过点云分类与采样一致性算法,可实现轨道模型参数的自动提取,将自动提取的模型参数与设计模型进行比较,可实现轨道板外观尺寸的检测。     

基于几何特征信息的铁路罐车点云容积快速计算方法

针对目前三维激光扫描法处理铁路罐车点云存在的问题,提供一种基于几何特征信息的改进方法。此方法首先分析筒体和封头的几何特征,确定抽稀算法;然后利用数据拟合算法,完成几何特征信息的获取;最后,实现容积的准确、快速计算。试验结果表明,该方法与几何测量法、传统三维激光扫描法所测容积差较小,容积结果输出时间小于20 s。此方法有利于三维激光扫描技术在铁路罐车容积测量领域的应用与推广。     

应用三维结构光和小波分析进行钢轨波磨检测

为了有效检测钢轨波浪形磨损,解决钢轨检测精度要求高、形成原因复杂而导致检测难的问题,提出利用三维结构光获取钢轨波磨数据,再利用小波分析来检测钢轨波磨的新方法。首先利用三维结构光扫描仪扫描一段钢轨,然后配准检测点云与标准模型并提取检测钢轨顶端纵向的波浪磨损数据,利用小波分析方法对该段数据进行分析,根据铁路检测标准将所得数据分为两类,从而得到有效的波磨数据。现场实验表明,将结构光和小波分析方法结合,既发挥了结构光数据量丰富准确的优势,又通过小波分析得到波磨的各个频率成分,能够准确地检测钢轨波浪形磨损。     

基于2D的钢轨轮廓特征点提取方法研究

钢轨轮廓数据特征点快速、准确提取是保证钢轨轮廓精确匹配、轨道几何不平顺精确检测的前提。对基于二维激光位移传感器(2D)的钢轨轮廓测量数据特征点提取方法进行研究,通过对采集的钢轨半断面轮廓数据采用基于中值误差与连续度自适应调整权值的平滑滤波方法对实测轮廓数据进行平滑处理,解决存在分段的轮廓数据达到分段平滑的效果。提出钢轨轮廓特征曲线的概念,并给出特征曲线的一种定义方式,利用特征曲线上的特征点去快速定位实测轮廓特征点。最后,采用GJ-2型轨道检测车进行试验,通过对实际轨道进行轮廓测量,采用本文所提出的特征点提取方法对实测轮廓数据进行特征点提取,试验证明,该方法能快速、准确地定位轮廓特征点。     

铁路既有线测量设计一体化技术的研发与实践

针对既有线常规测量方式不能重构既有线、提供中线理论坐标,无法满足CPⅢ铺轨的问题进行研究。采用兼顾轨道平顺性的最小二乘拟合优化法、拟合理论直线边构架既有线理论中线的控制桩法、基于设计要素阀值的曲线整正法、利用法向趋近重合法计算测点中线理论里程、归化里程获取设计接口数据法重构既有线。研制"全站仪数据自动采集系统"以及"既有线勘测设计一体化处理系统",实现提供既有线设计中线理论坐标的目标,形成从外业测量到内业自动化设计的一套完整的理论方法与技术体系,经工程验证后得到推广应用。     

铁路线路点云数据可视化重构方法研究

针对地面激光扫描仪外业获取的海量线路点云数据,核心解决线路点云的专业化处理与利用问题。结合铁路线路技术特征,进行线路点云预处理研究,主要包括线路点云数据配准、采用基于几何特征的传统分割方法结合CCD影像信息进行线路点云数据分割,再经过除噪平滑处理后,对离散点云数据集进行封装处理,进而为后续正向CAD设计数据的提取提供基础操作模型。提出线路点云可视化对象重构方法,基于离散数据点曲率为主的几何特性估算,初步判定线路主点及变坡点信息,进而在不同主点范围内,通过特征截面的构造获取线数据和面数据。重构的线路点云数据符合正向设计习惯,基于此获得的连续钢轨走行面数据可用做线路几何形位判别指标的基础数据。     

既有双线铁路线位重构技术研究

为解决铁路既有线线位重构中仅涉及单线铁路,没有顾及建筑限界,不能有效评价重构线位的合理性,不能保证双线铁路的线间关系问题,从直线边重构、曲线整正重构、建筑限界嵌入、里程系统更新与左右线相对关系计算等方面,进行既有双线铁路线位重构技术研究。直线段重构采用最小二乘拟合优化、左右线实时联动技术;投影法确定拟合理论直线起、终点位置;右线基于线间关系约束条件确定法;建筑限界点嵌入测点文件处理法;曲线段整正重构时,左线采用单线法整正重构、右线基于约束条件的渐进优化法;提出更新右线里程系统,取消内业断链,采用外业断链方式进行右线投影关系计算。经过工程验证,既有双线线位重构技术方法完善,数学模型合理可靠,能够在既有铁路、地铁项目的勘测设计、施工、工务养护中应用。     

一种机载LiDAR点云电力线自动提取和重建方法

针对机载激光雷达（LiDAR，Light Detection and Ranging）铁路电力线点云特性，尤其是水平投影近似重叠的情况，提出一种电力线自动提取的方法。结合直线拟合法、成分分析法和Hough变换法计算电力线在XOY平面走向；利用空间距离聚类方法将水平投影近似重叠的2股点云分离开来；采用Davis-Bouldin指标的最佳聚类数判定方法，自动计算电力线条数；利用K-means聚类方法将单根电力线点云提取出来；并基于二次多项式的最小二乘拟合方法确定电力线模型参数，进行三维重建。实验证明，该方法能够达到较高的拟合精度，尤其对水平投影近似重叠且有中断的点云，拟合效果较好。     

基于GNSS的铁路勘测设计数字化采集系统设计

本文结合铁路勘测设计实际需求,提出基于GN S S的铁路勘测设计数字化采集系统,包括中线测量、断面测量、水文测量、单点测量、既有线测量等.并从系统框架设计、功能设计等方面进行了详细阐述.系统利用移动设备、北斗导航、移动计算、CORS系统、GNSS RTK等技术资源,实现CAD地形图实时导航引导外业测量工作,满足铁路勘测...     

激光扫描技术在轨道施工质量自检中的应用研究

轨道工程施工质量自检是铁路建设单位控制轨道初始不平顺的重要环节。传统的轨道几何形位检查方式数据采集信息单一、效率低。采用地面激光扫描技术对铁路轨道施工质量进行检测,结合线路专业技术特点,对线路点云数据从采集、处理、分析到利用进行试验,一次性完成了轨道中线、轨面高程、轨道静态平顺度等轨道设备尺寸检查。研究表明,激光扫描技术应用于新建铁路轨道施工质量检查,可极大地降低外业作业强度,提高工作效率,利于改善轨道初始不平顺状态。     

城市轨道交通联络线建设成本优化法的研究

研究目的:城市轨道交通联络线是连接两条独立运营线路的辅助线路。在城市轨道交通线网规划的过程中,联络线的合理布局是网络中各条线路连通的关键前提条件。建设成本优化法是从城市轨道交通网络全局出发,以图论为理论基础,根据实际现场调查数据,提出总建设成本最低的联络线布设方案的设计方法。在计算机的辅助下,该方法适用于线路数量较多、线路间关系较复杂的城市轨道交通线网的联络线设置。本文对联络线建设成本优化法进行了思考和研究,以进一步优化联络线的布局方法。研究结论:本文提出了"联络线建设影响范围"、"加权平均成本等级"和"虚拟建设成本等级"的概念及其确定方法,使建设成本优化法更完善。并以北京市2010年底城市轨道交通线网的联络线规划为案例,介绍建设成本优化法的具体操作过程,并阐述该方法的优缺点。     

30 t轴重60 kg/m钢轨18号重载道岔设计

随着国内客运专线的大规模建设,重载运输也必将得到普遍的推广使用。根据30 t大轴重的特殊要求,结合山西中南部重载铁路的使用条件,在大秦线经过大量现场调研,研究开发了专用的重载道岔产品,从道岔平面、结构设计、轨下基础及转换设备等各个方面,有针对性地进行研究,分别从尖轨尖端加厚、辙叉采用多种合金钢钢轨组合型式、护轨采用新型轨撑垫板结构、岔枕采用预埋铁座联结方式等方面进行设计创新。并在既有线上道试验,目前使用状况良好,根据测试结果反馈的问题,优化了道岔结构及材料性能指标,从而建立了国内重载道岔技术体系。     

高速铁路道岔三维表面模型生成方法研究

高速铁路道岔病害整治是铁路工务部门日常维护的重要工作,通过非接触式扫描获取道岔断面轮廓来提升病害整治能力已势在必行,而利用扫描数据确定病害及整治位置的关键为建立精准的道岔三维数字模型。为生成高精度的变截面道岔三维表面模型,提出一种生成高速铁路道岔表面数字模型的几何法。以高速铁路18号道岔为例,根据变截面钢轨轮廓线型几何关系,推算任意位置截面轮廓线型节点列坐标及对应线型属性信息,编程实现尖轨与心轨表面数字模型自动化生成,然后与现有的拟合插值法和放样重建法进行比较。结果显示:几何法生成变截面道岔数字模型与设计模型偏差最大值小于0.1 mm、标准差小于0.02 mm,整体平滑性优于拟合插值法和放样重建方法,模型精度完全能够满足病害探测和整治及科学研究的要求。     

国外大城市轨道交通市域线的发展及其启示

分析了国外一些大城市中轨道交通市域线的发展、建设,以及线路型武、运输组织等方面的特点.国外的市域线多为引导城市的扩张而建,多采用干线铁路制式;市域线的郊区段多具有支线,郊区段的站间距离较大、线网规模大;郊区线与市区轨道交通的换乘便捷.指出轨道交通市域线是我国城市轨道交通未来发展的重点.并提出了国外轨道交通市域线的建设经验对我国的启示作用.