高速铁路轨道车载近景影像的精确匹配与建模

研究目的:为改善高速铁路轨道几何状态检测的速度和效率,引入近景摄影测量技术检测轨道几何平顺性,而轨道影像的准确匹配是图像定向建模的重要技术环节。针对高速铁路轨道近景影像的图像特征相对较少、影像色彩信息较为单一、图像灰度数值具有较高的相似性、轨道边缘匹配较为困难,本文提出一种车载近景影像轨道边缘提取与精确匹配的算法,在分析轨道影像特征及其变化规律的基础上,获得轨道影像同名点之间的坐标几何映射模型,实现轨道影像的准确匹配。研究结论:(1)轨道边缘同名点垂轨向坐标呈三次函数模型关系,沿轨向坐标呈线性模型关系,通过建立同名点坐标的映射转换模型,可实现同名点的自动准确匹配;(2)边缘匹配算法通过试验影像计算出一个像对的转换模型后,可以应用于相同拍摄条件下的其余所有轨道影像;(3)试验结果表明,本文提出的轨道图像匹配算法具有较高的精度潜力,可改善高速铁路轨道影像在灰度信息高相似性时匹配困难的问题,为近景摄影测量检测高速铁路轨道几何平顺性提供重要的技术支持。     

“无人机+”测绘技术在铁路工程汇报展示中的应用

现有铁路工程方案汇报多采用二维平面图及三维动画模拟的方式,存在二维平面图展示要素不够直观,三维动画模拟制作过程复杂、比例易失真、无地理精度等问题。为解决以上问题,研究融合"无人机+"的铁路工程方案汇报展示方法及流程:在工程相应阶段,利用无人机搭载不同传感器获取线路方案实景视频、数码相片、倾斜摄影影像等多源数据,再基于DOM与DEM三维渲染、视频与二三维模型融合、倾斜建模处理与三维GIS平台管理技术处理,得到相应的铁路工程汇报展示产品,包括铁路工程AR三维基础场景、视频融合模型的VR产品、以及实景三维模型等。通过项目试验,研究不同展示方法在铁路工程竞标、勘察设计阶段的表现效果、制作成本、制作周期和应用策略等指标。研究表明,相较于传统铁路工程方案汇报展示方法,"无人机+"测绘技术展示效果更直观,能有效解决比例失真、无地理精度等问题。     

沉降智能监测与评估系统的开发及应用

研究目的:高速铁路线下工程沉降监测作为铁路建设与工务维护的重要组成部分,对于保障高速铁路安全运营具有十分重要的意义。通过将岩土工程、物联网、大数据等先进技术进行深度融合,本文主要介绍一套高速铁路线下工程沉降的智能监测与评估系统,以期为高速铁路运营维护提供科学决策。研究结论:(1)通过温度补偿试验对传感器进行校正,大大提高了静力水准仪在变温条件下的精度(-20℃～40℃下0. 2 mm);(2)研发了一套基于无线组网技术的沉降智能监测评估系统,系统具有自适应降噪、变频采样控制、数据掉线重传、大数据分区存储、数据压缩传输、三维地理信息展示等技术特点,可满足桥、隧、路等多种监测应用场景;(3)系统实现了高速铁路线下工程施工期与运营期的沉降安全状态实时监测与评估。     

基于倾斜摄影的城市轨道交通三维实景环境建模方法

城市轨道交通线路三维规划设计需要更加真实、准确和完整的城市三维实景环境,而现有的建模方法在精度、速度和真实度上已无法满足这种要求。采用倾斜摄影技术,实现了城市三维实景环境快速建立和模型单体化的建模方法,建立具有全要素并带有高精度地理信息的城市三维实景环境,满足线路三维规划设计要求。基于3DGIS(三维地理信息系统)和二次开发技术,实现了三维场景融合和三维实景环境下的线路规划设计及方案的三维漫游展示,为城市轨道交通三维规划设计提供了新的解决方案。     

基于OSG的铁路站场三维场景层次细节建模研究

研究目的:BIM建模的重要环节是实现三维可视化模型的创建。在铁路站场的设计工作中,实时生成的三维场景模型可为设计成果提供参照,增加设计的准确性。但站场设备众多且庞杂,如何组织数据,快速生成适应站场设计阶段方案修改要求、调度流畅的实时三维可视化模型是创建三维场景模型的难点。研究结论:(1)提出层次细节三维站场模型构建方法,解决了大数据量模型加载时间长、硬件要求高的问题;(2)提出合理的数据管理结构,创建设计数据独立于建模过程的建模方法;(3)基于本文方法完成站场三维场景平台搭建,可实现站场三维快速建模、动态加载和交互式浏览,显著提高工作效率;(4)该研究成果可广泛应用于公路、隧道、水利等其他工程领域的三维层次细节建模及三维场景管理中。     

高速铁路简支梁桥减隔震研究

研究目的:近年来,为满足人们对交通运输的需求,高速铁路工程事业正蓬勃发展,相应的高速铁路抗震问题也引起越来越多的学者们的关注。但是,一般的减隔震装置难以满足高速铁路地震时行车安全性的严格要求。基于此,本文针对罕遇地震作用下的高速铁路简支梁桥提出一种新型减隔震系统,并对新型减隔震系统的动力设计参数进行优化设计,使其更好地服务于高速铁路桥梁。研究结论:(1)在LRB性能参数的可行域内能够获得满足本文分析模型约束条件的最优解,因此优化设计提高了新型减隔震系统的控制效果,可降低生产成本;(2)新型减隔震系统对强震下高速铁路简支梁桥地震响应具有良好的控制效果,新型减隔震系统可在减少梁端纵向位移、保证桥墩不屈服的基础上,使桥墩底部的弯矩最小化;(3)在高速铁路简支梁桥的减隔震设计中,梁端纵向位移和桥墩剪力是主要约束条件,对新型减隔震系统性能参数最优解的选取起着重要作用;(4)利用SQP算法求解本文建立的优化设计模型,最优解收敛迅速且稳定;(5)该研究结论可为减隔震技术在高速铁路简支桥梁中的设计和应用提供全新的思路与手段。     

隧道工程监控三维实时交互可视化信息平台研究

研究目的:目前,国内外对隧道监控信息管理系统的研究主要停留在二维视图下对监控数据简单的图表分析。少数系统虽在三维条件下实现了信息的查询,但隧道模型较为粗糙,信息单一。本文应用三维实时交互可视化信息技术研发了隧道监控信息平台,平台隧道模型精细,信息丰富。研究结论:(1)基于R-Trees构建的空间索引,可实现海量数据的高效管理;(2)研发的隧道工程监控三维实时交互可视化信息平台集隧道三维场景的快速构建、交互式漫游、信息查询于一体,场景浏览顺畅,信息丰富完整;(3)应用证明,该平台增强了用户在隧道监控中的可视化、交互性,可显著提高工作效率;(4)该研究成果可推广到铁路、公路、城市轨道交通、水利、矿山等工程建设领域的三维可视管理中。     

基于倾斜摄影技术的铁路三维实景系统开发与应用

针对铁路沿线分布区域较广、地质环境复杂、无法及时获取沿线环境及违建物信息等情况,综合利用倾斜摄影等新技术手段,设计开发京张高铁三维实景系统.与传统的遥感卫星影像等展示方式相比,该系统能准确、完整地表达铁路沿线及周边各类建筑物,并将铁路建设期、竣工验收期及运营期的资料、数据进行集中式管理.该系统的应用实现了运维人员对高铁...     

铁路工程设计BIM技术的差异化与解决方案

研究目的:单体建筑的BIM技术及其应用已趋于成熟,但铁路工程BIM技术的开发与应用整体上尚处于起步和探索阶段。目前业主的需求越来越迫切和广泛,铁路工程设计BIM技术的开发与应用已迫在眉睫。通过建立基于BIM技术带状的铁路工程真实场景模型协同设计平台,实现各专业在同一个全线真实三维场景模型下的协同设计,使工程技术人员对各种工程信息作出正确的理解和高效的应对,从而提高生产效率、节约成本和缩短工期。研究结论:(1)带状大范围工程设计三维真实感场景技术的研究成功,开辟了一个全新的铁路工程设计应用BIM技术途径;(2)利用航空遥感影像数据和地形数据,由计算机生成与现场一致的三维真实场景模型;将各专业的工程三维模型按照里程坐标集成在一个带状连续的三维真实场景中,即可实现铁路工程BIM方式下的协同设计;(3)本文提出的铁路工程设计BIM技术开发与应用的解决方案,对铁道工程设计单位开展BIM工作具有一定的借鉴意义。     

高速铁路运营期基础沉降长期监测技术研究

研究目的:我国高速铁路跨越地域广,各类复杂地质结构和大量过渡段频繁交替,同一条线路往往还要面临多种不同气候差异等诸多复杂因素的综合作用,因此欲解决其运营期沉降问题,需要采取可靠的手段进行实时在线监测,从而为高速铁路的安全运营提供技术保障。研究结论:(1)气压差式高精度竖向位移传感器测量精度可达0.1 mm,在对温度、重力加速度等系统误差修正后,其精度满足结构长期监测的要求;(2)试验验证了气压差式高精度竖向位移传感器的长期时漂和温漂稳定性均在±0.5 mm范围内,并且该传感器在-20℃的极寒条件下仍能正常工作;(3)采用气压差式高精度竖向位移监测系统,结合太阳能供电和物联网技术,实现了部分试验段高速铁路运营期基础沉降长期自动连续监测,其精度、稳定性和安全性等方面均能满足高速铁路相关要求,该技术可以在运营高速铁路的其他关键路段实施。     

基于主曲线和自适应半径的多GPS轨迹数据融合算法

研究从大量低精度的GPS轨迹数据融合生成高精度GPS数据的快速有效算法,并产生若干关键数据点以简化描述GPS轨迹,具有提高数据精度、降低测量成本和减少数据存储空间的重要意义。本文依据K段主曲线、二分法、优化等理论方法,提出3种多GPS轨迹数据融合算法:最大距离融合算法MDA、数据分块算法DPA、自适应半径数据融合算法ARA。算法的仿真实验结果表明,ARA算法在数据精度、曲线光滑程度等方面明显优于其他两种算法。将3种算法应用于青藏铁路实测多轨迹GPS数据的融合,验证结果表明,ARA算法性能最优,平均横向误差在0.2m左右,约简率为2.01%,有效节约了数据的存储空间,能够较好地完成高精度轨迹的生成。     

面向铁路工程三维信息重建的无人机航线规划改进方法

铁路工程实景三维信息重建是为智慧化铁路建设而进行三维基础场景构建的新型技术手段,传统方法采用人工建模方式作业存在建模效率、精细化水平低等问题。针对这一问题,本文提出了无人机航线规划改进方法,采用安全缓冲区数据采集思路,具有作业风险低、建模精度高、数据冗余低的优势。在朝凌(朝阳—凌海)高速铁路工程中采用此算法与传统井字形算法同步开展数据采集、三维重建对比试验。结果表明：该方法获取数据量比传统算法减少21%,观测角度为传统观测的3.6倍,重建时间缩短21%,模型的精细化水平也得到了有效提高。     

GIS+BIM技术在轨道交通工程建造管理中的应用研究

为更好地发挥信息化技术在轨道交通工程建造管理中的作用,针对传统项目管理方式难以解决的建造过程中信息集成、数据高效传递、业务与应用分离等难题,结合GIS+BIM技术特点,以全面提升工程管理效率和技术管理手段为目标,分析二者融合在轨道交通工程建造管理中的应用。通过对BIM模型高效渲染、轨道交通三维立体一张图、海量实景三维模型管理、BIM模型坐标转换及BIM模型元数据建立等关键技术研究,设计和研发了基于3DWebGIS的轨道交通工程建造管理系统,实现了BIM模型结构解析与定位、海量实景三维模型入库、BIM模型元数据管理、质量安全管控、三维形象进度展示等功能。依托西安地铁8号线试点工程中的应用表明,本系统不仅融合多源异构数据建立了轨道交通三维立体一张图,还实现了建造过程中以BIM为核心的精细化管理,有效提高了多方参与的项目管理质量,为轨道交通工程信息化提供技术参考。     

高速铁路无线桥梁健康监测系统研究

研究目的:针对当前国内高速铁路桥梁健康监测系统中存在的数据采集装置布点困难、数据采集自动化程度低和数据采集精度不高的问题,利用无线传感网络的优点,设计一种基于ZigB ee技术的高速铁路无线桥梁健康监测系统,采用无线数据采集与传输的手段和方法,达到提高高速铁路桥梁健康监测水平的目的。研究结论:(1)利用无线传感网络具有对网络节点进行动态优化的目标跟踪特点,设计高速铁路无线桥梁监测系统,数据采集节点布点灵活方便,组网可靠;(2)利用无线网络模块的通信功能,可实现高效的在线实时数据采集与数据传输;(3)通过对无线桥梁健康监测系统网络模型进行仿真试验,证明该系统数据采集准确、及时、可靠和高效;(4)该系统可广泛应用于高速铁路桥梁健康状况实时监测。     

高速铁路大跨度钢桥上树脂枕轨道方案研究

研究目的:为了研究树脂轨枕应用于高速铁路大跨度钢桥上的可行性,采用有限元方法建立树脂枕轨道结构模型,根据钢轨位移、应力、弯矩、扣件安装空间以及轨枕与桥梁间的连接空间等方面的要求,对树脂轨枕的高度、宽度、长度、支承间距、缓冲垫层刚度等进行分析研究,提出适合高速铁路大跨度钢桥上树脂轨枕的合理参数取值。研究结论:(1)轨枕宽度主要取决于其经济性和扣件安装空间,取200~300 mm即可满足轨道使用的力学要求;(2)轨枕高度对轨枕弯曲应力有较大影响,为保证部件可靠性,建议轨枕高度取210 mm及以上;(3)枕下横向支点间距对轨道刚度、轨枕弯矩、动态轨距变化量影响很大,树脂轨枕的支点应尽量贴近钢轨中心线,避免轨枕支点力作用在两支点间的悬空部分;(4)枕下缓冲垫层刚度对轨道垂向位移影响较大,为了防止轨枕的垂向位移过大,垫层刚度应保证在750 kN/mm及以上;(5)该研究结果可应用于高速铁路大跨度桥上轻型轨道结构设计中,为类似工程提供参考。     

铁路工程地质遥感图像处理系统设计与实现

研究目的:铁路行业尚缺乏专业的工程地质遥感图像处理系统,为满足铁路工程地质遥感判释工作需求,需开发具备最佳波段组合方式选择、波段运算、图像融合定量评价、图像增强运算及专题信息提取等功能的软件系统。研究结论:(1)最佳指数法能够辅助波段组合方式的选择;(2)基于光谱逼真度和纹理清晰度指标对图像融合结果进行定量评价,能够优选出最佳融合算法,提高了影像的可判释能力;(3)去条纹功能消除了传感器标定差异,增强了影像清晰度;(4)水体指数法适用于提取平坦区域水体信息,在细节反映上较谱间信息法更好;谱间信息法能将水体与阴影区分开来,适合陡峻山区水体的提取;(5)该软件系统能为铁路工程地质遥感图像处理提供基础支持,可广泛应用于工程地质遥感判释前期数据处理工作。     

铁路大场景立体影像模型制作关键技术及应用

研究目的:大场景立体影像模型是由正射影像和立体辅助影像构成的无缝立体影像模型,传统模型制作方法工作量大、作业效率低下,限制了生产应用。本文根据大场景立体影像模型制作原理,优化作业模式,从航摄影像匀色、数字高程模型生产及影像拼接线编辑生产等大场景立体影像模型制作关键技术上提出可行的方案,实现大场景立体影像模型的高效快速制作,以满足生产应用需求。研究结论:(1)大场景立体影像模型可提供一个连续无缝的真三维立体环境,通过该模型可进行三维立体显示、量测、设计、分析和数据采集;(2)试验出一套快速便捷的制作大场景立体影像模型的工作方法及流程,系统总结了大场景立体影像模型在铁路勘察设计各个专业的应用情况;(3)大场景立体影像模型可作为一个新的数字测绘产品,对推动铁路勘察设计信息化、智能化发展具有重要的意义,不仅在铁路行业能够发挥巨大的价值,同样适用于公路、水利、电力、城市规划等工程领域。     

倾斜摄影与BIM融合在大跨度拱桥可视化施工中的应用

BIM实景建模精度低一直是指导桥梁施工急需解决的难题。为顺利进行空间Y型钢箱肋拱桥施工并提高施工精准度和效率,以陕西省泾河大桥为研究对象,针对构件形式复杂、施工精度要求高的特点,融合BIM技术和倾斜摄影技术建立精细化、可视化模型,对桥梁施工进行全过程指导。结果表明：BIM技术应用可以较好地进行施工方案优化,利用BIM技术虚拟施工可以提前规避图纸问题,快速统计工程量,进行三维可视化技术交底;此外,利用BIM+智能建造技术提出基于BIM的三维动态吊装监测技术,完美解决了施工高精度要求;对无人机倾斜摄影与BIM技术进行多源异构数据结合,可显著提高施工方案编制信息获取效率与准确性。研究结果为复杂桥梁工程结构的高效精准施工提供重要参考和借鉴。     

数据融合技术在铁路地质遥感判释中的应用研究

判释效果。为提高地质遥感判释的精度和质量,本文探讨数据融合技术在地质遥感判释中的应用。研究结论:(1)采用多源数据融合技术进行地质遥感判释,可提高不良地质判释的准确度;(2)二维和三维遥感判释相结合,可实现不良地质由定性到定量的判释和分析;(3)今后应加强遥感与物探等勘察手段的融合应用研究,拓宽地质遥感判释的应用范围。     

多GPS铁道轨迹信息融合算法研究

用于列车控制的GPS(Global Positioning System)电子地图需要高精度的轨道数据。由于采集高精度轨道数据所需要的GPS接收机成本过高,研究融合多个低精度的GPS轨迹自动生成高精度轨迹具有重要的应用价值。已有的多轨迹融合算法存在计算过于复杂、计算时间过长和适用范围窄等问题。在主曲线理论的基础上并具有两个高精度固定端点的特征,本文对多GPS铁道轨迹信息融合算法做了进一步研究,采用在最大误差区域增加顶点和局部优化顶点位置的方法,提出一种改进的融合算法。通过实测铁路轨道GPS数据和复杂形状的模拟数据验证,结果表明,改进的融合算法可以有效地融合多个低精度的GPS轨迹自动生成高精度轨迹,并加快计算速度,减少存储空间,增加了适用范围。