基于激光雷达的地铁隧道形变检测方法

针对地铁隧道出现的形变问题,提出利用车载激光雷达对地铁隧道进行扫描检测的方法。该方法测得的点云数据需进行坐标转换,在点云数据预处理时通过统计滤波与双边滤波相结合的算法去噪,采用最小二乘法进行断面拟合得到光滑拟合曲线。对不同时期检测的同一位置断面进行局部形变分析,对某一区间段不同位置断面进行区间收敛分析,实现地铁隧道断面的形变分析。通过该方法的处理,可以更加有效地获取地铁隧道的形变信息,对实现地铁隧道形变动态检测具有借鉴意义。     

基于机器视觉三维重建技术的隧道掌子面岩体结构数字识别方法及应用

提出采用数字图像结合机器视觉方法获取隧道掌子面岩体表观信息。通过采集隧道开挖面的序列图像,生成开挖面岩体表面的三维点云模型,利用投影算法获得隧道掌子面及硐壁岩体结构的平面模型高清影像;基于影像表面结构迹线素描结果进行岩体节理特征的量化描述。将该方法应用于东天山公路隧道开挖面岩体节理分布、节理倾角间距等特征参数的获取。研究结果表明:该方法可快速生成开挖面三维点云模型,实现隧道地质信息编录与围岩级别辨识,具有快速、准确的优点,可为施工提供参考。     

隧道超欠挖三维扫描检测系统设计及应用

针对隧道开挖时采用全站仪等传统检测设备测量断面少、检测效率低的问题，基于三维激光扫描技术，针对隧道点云数据的特点，设计了隧道三维扫描检测系统，开发了高效快速的隧道超欠挖检测算法。经现场测试，该系统可以自动识别隧道超欠挖的数量、位置、体积等信息，且适用于复杂隧道环境，维护方便，有助于保障铁路隧道施工质量。     

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。     

基于分层投影的特征点点云数据压缩算法研究

在研究主流散乱点云压缩算法的基础上,提出了一种基于分层投影的特征点压缩算法,对点云数据进行压缩和提取,并与传统算法进行比对和分析,检验了该算法的可行性。     

朔黄铁路隧道衬砌表观病害检测技术

为实现朔黄铁路隧道衬砌表观病害远距离非接触快速检测,提出一种基于多源数据深度融合的隧道病害检测方法。首先利用高清线阵相机、激光扫描传感器等检测设备获取隧道衬砌表观高清图像和激光点云数据,然后利用特征提取网络提取图像和点云特征图,并采用空间变换方法将图像特征图投影到点云特征俯视图上得到融合特征图,最后利用候选区域网络和金字塔场景分析网络对融合特征图进行检测识别,输出病害的类型与位置信息。在朔黄铁路重点隧道开展的现场试验表明,该方法能检测隧道裂缝、掉块、渗水等表观病害状态,有效提升重载铁路隧道运维的智能化程度及综合检测水平。     

基于三维重构的钢桥表面锈蚀提取方法研究

为实现钢桥表面锈蚀的准确提取及可视化，提出基于三维重构的钢桥锈蚀提取方法。该方法利用无人机采集桥梁影像，基于倾斜摄影生成三维点云模型，通过点云模型进行RGB颜色分布直方图统计，获取模型初始聚类中心，运用K-means聚类算法结合最大类间方差法获取锈蚀最佳分割阈值，进而对锈蚀率及锈蚀等级进行评估，并结合点云模型实现锈蚀可视化。以某钢桁拱桥为背景，采用该方法提取锈蚀区域，基于视觉分析和定量分析进行精确度评价，验证方法的有效性。结果表明，该钢桥的表面锈蚀率1.3%～9.4%,锈蚀等级为3～4级；提出的钢桥锈蚀提取方法平均正确提取率可达90.1%,平均漏提取率、误提取率分别为9.9%、8.2%,可有效用于钢桥表面锈蚀提取。     

基于点云数据的轨道结构与隧道空间限界一体化自动检测方法研究

为了保证列车运营安全,需要在日常运营过程中进行隧道限界检测,但现有检测方法存在测量干扰大、效率低、断面非连续性、与轨道结构相互独立等不足。为此,提出一种基于点云数据的轨道结构与隧道空间限界一体化自动检测方法。在通过中轴线拟合提取隧道任意位置断面的基础上,建立基于钢轨顶面的隧道限界检测坐标系,引入不同类型的隧道限界框,采用改进射线算法实现多种隧道类型的限界自动检测分析。对既有铁路隧道进行现场实验表明,采用该方法可实现侵限位置和侵限尺寸值的准确获取,并给出侵限断面图,满足隧道检测精度要求,在隧道日常运营维护中能够发挥重要作用。     

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.     

基于三维激光扫描的铁路隧道净空断面测量

在铁路隧道的相向施工方案中,受隧道控制网精度、测量仪器、测量方法及自然环境因素的影响,不可避免地会产生贯通误差,为解决贯通误差对隧道限界的影响问题,结合工程案例,研究利用三维激光扫描技术进行隧道净空断面几何形态测量,并通过隧道中线调整来实现消除贯通误差的方法,并从如何高效准确获得整个隧道的点云数据,以及如何快速提取净空...     

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。     

布料模拟滤波方法在铁路勘测LiDAR中的应用

利用机载LiDAR建立数字高程模型(DEM),点云滤波是至关重要的一环。铁路勘察项目地形复杂多变,传统的点云滤波算法需要根据地形的复杂程度设置不同的参数,且无法适应陡坡、狭长地物和间断的复杂地形场景区域。为提高点云滤波精度,降低参数设置经验门槛,介绍一种基于布料模拟的点云滤波算法(CSF)。该方法通过将原始点云进行倒置,模拟布料覆盖倒置点云表面的物理过程,分析布料粒子节点与邻近激光点之间的相互作用,从而确定布料节点位置产生地面近似值,最后通过比较布料节点生成的近似表面和原始点云之间的距离,以及设置的阈值提取原始点云的地面点。实验结果表明,该方法总误差低于11%,kappa系数优于92%,与传统的点云滤波算法相比,CSF算法具有滤波效果好、参数设置少、普适性强等优点。     

三维激光扫描技术在地铁隧道断面测量中的应用

地铁隧道土建施工完成后为了对线路进行调线调坡,需要对地铁隧道进行断面测量,三维激光扫描技术与常规测量方法相比具有非接触式测量、可高密度采集空间三维点云数据等特点,为地铁断面测量提供了新的技术手段。介绍三维激光扫描技术的基本原理和在地铁隧道断面测量中的方法,并结合南宁地铁1号线隧道断面测量工程实例,对三维激光扫描技术在地铁隧道断面测量中应用的可行性进行探讨。断面测量成果不仅为线路进行调线调坡提供依据,而且还可以为后续的隧道模型构建、隧道变形分析以及铺轨和设备安装等工作提供相关应用和支持。     

基于支持向量机的静力损伤识别方法

针对使用静力测试数据进行桥梁结构损伤识别时容易出现误判的问题,基于支持向量机理论,提出1种新的静力损伤识别方法。将损伤识别过程分为损伤发生识别、损伤位置识别和损伤程度识别3个步骤。使用理论计算结果与测试数据比较的方法判断损伤是否发生,采用C-支持向量机分类算法进行损伤位置识别,利用ε-支持向量机回归算法进行损伤程度识别。将该方法与优化识别方法同时运用于1个连续梁试验中。试验结果表明:与优化识别方法相比,支持向量机方法通过分开求解损伤位置和程度,并先进行结构有限元分析,然后再使用支持向量机进行识别,将这2个过程解耦,从而降低了问题的难度,不仅能够正确地识别损伤出现的位置,而且能够得到与实际相符的损伤程度识别结果,并且具有较好的推广能力和较强的抗噪声能力,能够很好地对桥梁静力损伤进行识别。     

基于椭圆拟合的隧道点云数据去噪方法

针对地铁隧道这一狭长密闭环境,激光雷达相较于传统隧道形变检测方法具有显著优势.由于受环境以及隧道中安装的大量设备的影响,数据中会包含大量噪声点,无法得到隧道完整内表壁数据,从而影响到数据在形变检测及三维建模等方面的应用.结合最小二乘法和拉格朗日乘数法对隧道点云模型进行椭圆拟合,并将其应用于圆形隧道点云滤波,利用各区域数...     

基于点云处理的机车车辆车底中心鞘螺栓故障检测方法

针对机车车辆车底中心鞘螺栓松动和缺失这一常见故障,提出了一种基于三维点云处理的检测算法。首先对目标点云进行下采样和离群点的移除,然后根据欧式距离对点云进行聚类分割,最后通过计算分割后每个点云包围盒形状系数和平均Z坐标实现螺栓点云定位,进而通过采样一致性算法拟合点云平面计算出螺栓松动程度,识别螺栓故障。将文中提出的算法与传统的基于2D图像的识别算法进行了对比,最后在地铁车辆智能巡检机器人中进行了应用,结果表明,该算法检测精度约为0.1 mm,且检测速度快,可满足实时检测的要求。     

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。     

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...     

基于三维激光扫描点云整体分析的铁路隧道超欠挖检测方法

传统隧道施工难以避免超欠挖现象的发生，影响隧道的工程质量以及施工效率。三维激光扫描技术因其便捷、信息量大等特点，在隧道施工过程中提供快速有效的测量结果，但目前主要通过取断面形式进行超欠挖分析，亟需一种对点云整体分析的方法。为此，针对三维激光扫描的隧道超欠挖检测，提出一种基于点云拟合曲面并结合设计面法线的分析方法。结果表明：三次B样条曲线在曲线要素的表现和控制性能上较好，适用于隧道断面的重构；检测断面上建立法线，并在拟合面上找到其所唯一对应的实际检测点，通过两点的距离作为超欠挖的基准；编制的分析软件可对隧道数据进行批量处理，便于隧道工程超欠挖检测的实时分析评。因此，双三次B样条拟合法的超欠挖的扫描和计算，其精度、效率高，可满足实际工程中隧道超欠挖的检测。