基于AutoCAD平台的线路横断面线提取系统的设计与实现

设计并实现了一个线路横断面线提取软件。该软件以AutoCAD为平台,利用航测制图成果和勘测成果快速构建三维地形;利用严密的数学公式推导、计算给定线位上任意中桩处的横断面线;然后研究并设计了一种包含全信息的横断面结果存储数据结构,利用该结构可以进行无损的数据格式转换;最后利用构建好的三维地形提取横断面线上任意点的三维坐标,并利用DP算法进行简化,获得变坡点,并进行成果存储。实验表明,利用该软件可以进行横断面的快速自动提取,在一定条件下取代人工测量道路横断面线,从而减少野外测绘工作量,保证勘测设计工期。     

基于三维激光扫描技术的地铁盾构隧道中轴线高程提取方法

针对目前三维激光扫描技术检测盾构隧道横断面方法效率低、不能充分利用高密度点云数据的问题，从精度、效率及充分利用高密度横断面点云数据三方面进行隧道中轴线高程分析。提出利用空间几何关系快速提取隧道原始点云数据横断面的方法，继而利用K近邻计算方法提取隧道中轴线高程。试验结果表明，该隧道中轴线高程提取方法与水准仪实测获得的隧道中轴线高程间最大差值为3 mm。与水准仪实测方法相比，该隧道中轴线高程提取方法的检测精度与检测效率均有较大改善，且其不需要进行横断面点云数据的抽稀，充分利用了海量原始点云数据，可推广应用至盾构隧道竣工验收工作。     

路基边桩放样的一种新方法--测点引数法

利用全站仪的三维坐标测量功能,在放样现场实测一点的坐标,以此点为引数,反算出该点所在的路线横断面桩号及其到路线中线的垂直距离。结合设计资料计算出路基边桩距中桩的实际宽度。通过现场的比较、调整,确定路基边桩的准确位置。     

基于三维激光扫描的既有铁路中线勘测方法研究

线路勘测是既有铁路改造、维护以及与增建二线的重要环节,为解决铁路轨道三维激光点云不完整对钢轨线型提取的精度和影响等问题,提出一种基于钢轨结构特征约束匹配的三维激光点云轨道中心线自动提取新方法,通过将三维激光扫描获取的钢轨断面与标准钢轨相匹配,以标准钢轨中心线对遮挡和缺失的实际扫描钢轨中心线进行表达,从而精确计算钢轨中线...     

基于点云数据的隧道断面线提取方法

隧道工程通常使用断面线进行限界、超欠挖、变形测量等应用的分析。介绍一种基于点云数据的隧道断面线提取方法,该方法以经过拼接、滤波、去噪之后的三维激光点云为数据源,首先对点云进行重组织,以便快速检索;然后根据隧道中线获得待提取断面线所在平面附近的点云切片;最后对点云进行处理,得到断面线。     

CRTSⅢ型板式无砟轨道施工布板计算模型研究

为了实现施工布板数据处理的智能化,提高CRTSⅢ无砟轨道结构的适应性和推广应用范围,对CRTSⅢ无砟轨道施工布板计算中关键技术进行研究,建立通用的施工布板计算模型。该计算模型首先根据CRTSⅢ轨道结构断面中主要存在的3个不同倾斜度定义3个基准面,即钢轨顶面基准面、板顶面基准面以及承轨台基准面。再通过定义的基准面定义3个基准点,根据断面点与基准点的相对几何关系,建立特定的横断面模型。任意里程处任意断面点理论坐标计算时,先计算出基准点坐标,再根据横断面模型计算断面点坐标。采用上述模型研制的"CRTSⅢ型板式无砟轨道布板设计与定位测量系统"施工布板模块具有横断面模型的建立与参数计算功能,可用于CRTSⅢ型板式无砟轨道系统建造时自动计算各类结构层放样数据,包括支撑层、底座板钢模板及轨道板边线放样及精调理论数据计算,还可以进行轨道板灌注后复测评估,实现CRTSⅢ轨道板施工布板计算的智能化。     

基于空间分析的铁路横断面土方数量自动统计

研究目的:本文主要研究了基于空间解析的铁路路基横断面成分结构识别及分类土方数量自动计算。在传统铁路设计中,路基横断面土方量的计算依靠人工量取,效率低下,且不同工程人员对结构归类存在认识偏差,有必要对路基横断面各部分的结构进行提取并计算结构数量。为了对各个断面的土体结构准确地分类提取,首先需要对图形中各要素进行过滤筛选、归类及预处理;依据线要素的拓扑关系采用空间定向跟踪的方法对断面的主要填方成分结构进行逆时针追踪确立最小包围圈,同时对总填方以逆时针方向寻找最大包围圈,利用微积分法计算各包围圈面积,对不同地层的挖方依据其嵌套关系按照差分法进行计算求取;最后,对所有路基断面的各种工程数量自动输出形成规范化的统一表格。研究结论:(1)本方法应用于多个铁路工程的初步设计与施工图设计阶段,在工程实践中得到了验证,对路基断面的识别及统计准确率在90%以上;(2)本方法有效地解决了路基土方数量自动统计的难题,提高了工作效率数十倍以上,在辅以人工预处理及检校的基础上可以应用于生产设计。     

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。     

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。     

三维激光扫描技术在隧道形变监测中的应用

对三维激光扫描技术在隧道形变监测中的应用进行了初步研究。实验使用Leica Scan Station P40三维激光扫描仪对常州地铁1号线隧道进行扫描,将处理后的点云数据通过徕卡隧道形变监测系统进行隧道断面净空计算。将利用三维激光扫描技术得到的隧道断面成果与利用传统全站仪测量得到的隧道断面成果进行对比,讨论并分析三维激光扫描技术在隧道形变监测中的技术优势和存在的问题,对三维激光扫描技术在隧道形变监测中的应用具有指导意义。     

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.     

三维激光扫描仪在轨距提取中的应用研究

采用徕卡MS50三维激光扫描仪获取同济大学试验线点云数据,并结合预处理软件对其进行处理,对点云数据封装并规则化处理后建立基础操作模型,生成轨面下16 mm处特征截面,在此基础上提取、导出线路轨距。经比较,软件提取轨距与人工实测值基本吻合。本次试验实现了在三维模式下轨距的提取,为获取线路轨距数据提供了新的方法。     

利用平面特征和邻域信息改正的激光雷达形变监测方法研究

地面激光雷达形变监测过程中,多期数据间的残余系统误差和激光点的偶然误差对监测结果有较大影响。采用平面特征和邻域信息的改正方法:针对残余系统误差,提取稳定区域的至少3组平面进行拟合,利用平面的法向量和交点计算多期数据间的旋转量和平移量,对系统误差进行改正;针对激光点的偶然误差,对点云构建kd-tree,搜索k邻域计算重心,利用其邻域信息对偶然误差进行削弱。以某隧道口岩体监测实验为例,对提取形变的均值和标准差进行统计,该方法对系统误差的改正量达80%以上,并可将形变提取精度提高2倍。结果表明,利用平面特征和邻域信息的改正方法,能够有效地对多期数据间残余的系统误差进行改正,并削弱激光点偶然误差的影响,可以更准确、有效地分离及提取形变。     

地面激光扫描仪在溶洞体积测量中的应用研究

提出一种基于三维激光扫描技术的溶洞体积快速测量方法,可以分站获得溶洞内部表面的海量激光点云数据,在分站扫描的同时获得拼接靶标的激光点云。利用拼接靶标将分站扫描的激光点云进行拼接,从而获得整个溶洞内部的激光点云。通过构建三角面片的方法构建溶洞的三维模型,据此计算溶洞的体积及剖面线等,可实现溶洞体积的精确测量。     

关于用任意点置镜坐标法测绘横断面的探讨

充分发挥全站仪在测绘横断面的功能，结合任意点置镜，利用北坐标控制横断面的方向，东坐标控制变坡点至中桩之间的平距，用反测高程的方法得到变坡点至中线桩的高差来测绘横断面。     

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。     

密度聚类与PCA的点云数据处理技术在高铁轨道检测中的应用

为解决轨道手工检测效率低、准确度不高的问题,克服二维线激光与轨向不垂直而影响检测精度的不足,利用三维结构光点云技术对高铁轨道表面状态进行检测。数据处理是三维结构光检测的重要环节,综合运用密度聚类与PCA算法对点云进行快速处理。首先采用三维栅格算法对点云进行采样,减少点云数据量;其次利用密度聚类将点云分成不同的簇类以去除噪声点和离群点,提取出目标点云;最后通过PCA算法计算点云的3个主成分向量,求解变换矩阵变换点云,实现点云初始配准。精确配准后,与标准模型点云对比,即可得出检测结果。现场试验结果表明,该方法运行速度快,配准精度较高,有效提高了检测的效率和精度。     

坐标放样法测设线路横断面的技术方法

本介绍了采用坐标放样的方式测设线路横断面的技术方法，并推导出了确定中线上任意位置的横断面计算公式。利用此方法可以在任意已知测站点测设线路中线(包括直线和曲线)上任意位置的横断面，并且具有放样数据计算简单、操作方便、点位精度高、速度快、效率高等优点，是一种很有实用价值的新方法。     

基于三维激光扫描技术的既有铁路道岔岔心自动提取方法

针对目前常规岔心测量方法作业效率低下、测量人员上线作业存在较大安全隐患等问题,提出一种基于三维激光扫描技术的既有铁路道岔岔心自动提取方法:①对原始点云数据进行预处理,通过轨面高程滤波剔除枕木等无用数据(只保留铁轨轨面数据);②利用Hough变换算法检测直线,并采用最小二乘法对检测出的直线进行拟合,以提高直线检测精度;③为每条直线设置1个邻域,搜索邻域内的点作为该条直线新的直线点集,采用最小二乘法对新筛选出的直线点集进行第二次拟合;④将直线参数相近的直线合并为一条直线,得到最终的轨道直线,根据提取出的直线参数计算岔心坐标。选取某车站既有道岔的点云数据进行实例验证,提取出的岔心坐标与传统人工测量方式得到的岔心坐标差值均在3 cm以内,证明了该方法的可行性。     

一种基于数学形态学的点云地物提取方法

从激光点云数据中准确提取典型地物能够显著提高数据处理的自动化程度,减少内业工作量。随着激光雷达硬件性能的不断提升,其获取的点云数据量越来越大,但直接针对点云数据的提取算法效率较低。提出一种基于数据形态学的地物提取方法:首先将点云数据转换为特征图像,利用λ-flat区域标记方法将点云划分为地面点和非地面点;然后根据非地面点在特征图像上的表现特征制定提取规则,对地物进行提取;最后,采用本文算法对试验数据进行地物提取,建筑、杆状物等典型地物的综合提取精度达94.7%。