一种基于PCL点云的接触网的线路分析方法与流程 专利技术说明

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术一种基于pcl点云的接触网的线路分析方法技术领域1.本发明涉及轨道交通接触网检测技术领域，具体涉及一种基于pcl点云的接触网的线路 分析方法。背景技术：2.接触网线路中的接触线和承力索是接触网关键组成部分(图1)，对列车能否高速行驶和安全提速非常重要，接触线导高、拉出异常会影响列车行驶安全，需要在线路验收和定期对接触网线路巡检测量。目前铁路相关部门对接触网线路的检测大多采用激光测量的方式完成，这种方式只能单点测量，采用人工判断和记录工支和非支的测量数据，测量效率非常低下。因此，目前亟需一种准确高效的接触网线路的自动检测方法。技术实现要素：3.本发明意在提供一种基于pcl点云的接触网的线路分析方法；通过构建接触网线路点云 模型，进行模型分割，提取接触网线路工支、非支的接触线和承力索。本方法利用点云技术 重构了接触网线路模型，并基于该技术可以同时快速准确测量到工支、非支的接触线和承力 索的导高、拉出值。本方法对要测量的目标物体建立点云数据模型，对目标模型进行线性分 割，自动提取和分析出工支、非支接触线、承力索测量目标，进而快速、准确、全面的对接 触网其他目标进行自动测量。本方法具备测量准确、精度高、测量速度快等特点。4.为达到以上目的，提供如下方案：一种基于pcl点云的接触网的线路分析方法，其特征在，包括以下步骤：5.s1、使用动态测量仪持续动态扫描接触网线路，建立轨道平面左右方向为x 轴，垂直方向为y轴，前后方向为z轴的接触网三维点云数据；6.s2、进行点云滤波，去除无效干扰数据；7.s3、进行点云分割，分段抽取接触线和承力索，并与下一段分割结果根据距离阈值进行拟合，整合成完整的接触线和承力索；8.s4：处理和标定正支接触线、承力索，以及非支接触线、承力索，计算出工支、非支的接触线、承力索导高、拉出值，并进一步计算出上锚点、下锚点位置、导高值，换线点位置，500/800高差。9.进一步，所述步骤2，进行点云滤波，去除无效干扰数据过程如下：10.a1、通过边界滤波，去除扫描到站台、护栏等无效数据；11.a2、根据隧道壁、桥底的轮廓特点，先找到点云最高的一点，以该点为参考点进行边缘滤波，对隧道、桥底下扫描点云数据进一步滤波，去除隧道壁、桥底无效数据；12.a3、测量过程中，雾天、灰尘天气，隧道壁的反射会对雷达返回结果产生干扰，进行统计滤波，去除产生的噪点；13.进一步，所述步骤3，进行点云分割，分段抽取接触线和承力索，并与下一段分割结果根据距离阈值进行拟合，整合成完整的接触线和承力索，具体流程如下：14.b1、按z轴值对点云进行分段,设定分段长度；15.b2、再使用ranac直线分割法，分离出直径14毫米的接触线和承力索；16.b3、据分割的接触线分割结果的首尾两点判断接触线的延伸关系，其中d 为两点距离，其计算公式为；17.b4、重复取相邻两段z值的两个分离结果计算距离进行拼线，当两点距离足够小时，可认为其为同一条线；18.b5、调整阀值，重复步骤b1到b4，分割出完整的接触线和承力索。19.本发明的有益效果在于：(1)本基于pcl点云的接触网的线路分析方法通过高精度激光 雷达对接触网持续扫描测量构建的点云数据进行滤波、分割、重构与分析，快速准确给出接 触网线路模型，分析结果快速、准确、直观；20.(2)本基于pcl点云的接触网的线路分析方法实时分析出工支、非支接触线和承力索， 并重构接触网锚段关节线路，快速准确测量出工支、非支的接触线、承力索导高、拉出值， 上锚点、下锚点位置、导高值，换线点位置，500/800高差。附图说明21.图1为本发明的流程图。具体实施方式22.下面结合附图和具体实施案例对本发明做进一步说明：23.如图1所示，一种基于pcl点云的接触网的线路分析方法，包括以下步骤：24.s1、使用动态测量仪持续动态扫描接触网线路，建立轨道平面左右方向为x 轴，垂直方向为y轴，前后方向为z轴的接触网三维点云数据；25.本方法使用的检测装置装配了角分辨率为0.09，测量范围为0.5米到100 米，测量精度3毫米的高精度雷达，以及高精度光电编码器和0.01毫米精度的直线位移传感器，激光雷达持续扫描：雷达扫描面为x、y坐标平面，光电编码器输出数据为z轴数据。26.本装置采用2ghz双cpu数据处理中心，可以保证实时处理接触线点云数据的计算性能27.s2、进行点云滤波，去除无效干扰数据；28.依照高铁、普铁侧边限界设计规范，最大侧边限界拉出值一般不超过 4200mm，通过最大拉出值不超过4200mm，最大导高不超过10m的边界条件滤波，去除扫描到站台、护栏等无效数据；29.根据隧道壁、桥底的轮廓特点，先找到点云最高的一点，以该点为参考点进行边缘滤波，对隧道、桥底下扫描点云数据进一步滤波，去除隧道壁、桥底无效数据；30.测量过程中，雾天、灰尘天气，隧道壁的反射会对雷达返回结果产生干扰，进行统计滤波，去除产生的噪点；31.s3、进行点云分割，分段抽取接触线和承力索，并与下一段分割结果根据距离阈值进行拟合，整合成完整的接触线和承力索；32.把接触线和承力索沿着z轴进行分段,分段粒度较小时，接触线和承力索都基本平行与轨，设定分段长度为1m；33.使用ranac直线分割法，分离出直径14毫米的接触线和承力索；34.ranac运算设置的以下参数：35.threshold＝接触线(承力索)直径(14毫米)+最大偏离值(20毫米)＝34 毫米36.closepoints＝1000毫米最少扫到的接触线(承力索)点数＝(1000/16.5)×2≈120037.迭代结束后，取有效点最多的集合即为接触线(承力索)的三维点云。38.据分割的接触线(承力索)分割结果的首尾两点判断接触线的延伸关系；其中[0039][0040]其中d为两点距离；[0041]重复取相邻两段z值的两个分离结果计算距离进行拼线，当两点距离足够小时，可认为其为同一条线；[0042]s4、处理和标定正支接触线、承力索，以及非支接触线、承力索，计算出工支、非支的接触线、承力索导高、拉出值，并进一步计算出上锚点、下锚点位置、导高值，换线点位置，500/800高差；[0043]从上锚点或下锚点开始位置标注正支接触线，以正支接触线为参考位置，标注正支承力索，计算正支接触线、承力索的拉出值(x)和导高(y)：[0044][0045]y＝y0+d×sinθ[0046]trackwidth为轨道规矩，d为雷达测试到吊弦点处接触线点的距离，θ为雷达测试角度，x0 y0为雷达安装初始坐标。[0047]标注非支接触线，以非支接触线为参考位置，标注非支承力索，计算非支接触线、承力索的导高、拉出值；[0048]将非支接触线投影到轨道平面，和钢轨交叉位置标注为上锚点或下锚点的公里标位置，并计算上锚点或下锚点处非支接触线导高值；[0049]跟踪正支接触线和非支接触线的拉出差，在500/800拉出差位置计算正支接触线和非支接触线的导高差；[0050]跟踪正支接触线和非支接触线的导高变化，在换线点位置切换正支和非支接触线、承力 索，标注换线点公里标位置。[0051]本发明采用pcl点云分析方法通过高精度激光雷达对接触网持续扫描测量构建的点云数据进行滤波、分割、重构与分析，快速准确给出接触网线路模型，分析结果快速、准确、直观；本发明采用基于pcl的三维点云实时分析出工支、非支接触线和承力索，并重构接触网锚段关节线路，快速准确测量出工支、非支的接触线、承力索导高、拉出值，上锚点、下锚点位置、导高值，换线点位置， 500/800高差。本方法为接触网自动分析与动态测量提供了一种新的方法基础，具备广泛的应用前景。[0052]以上所述仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的适用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。









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