[发明专利]基于激光雷达的铁路接触网几何参数分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及接触网几何参数检测领域，尤其涉及一种基于激光雷达的铁路或地铁接触网几何参数分析方法。 

背景技术

铁路或地铁中，为保证接触网供电的安全可靠，需要周期性的对接触网几何参数进行检测，以保证行车安全。接触网几何参数参数包括接触线高度（以下简称为导高）、接触线拉出值（以下简称为拉出值）、侧面限界等，其中导高和拉出值是以两铁轨中心点为原点的空间直角坐标系数据，支柱位置为侧面限界的重要指标。 

现有检测技术中，对于铁路或地铁接触网几何参数的检测，例如导高和拉出值等，一种方法为采用摄像头进行检测，通过摄像头的测距来确定接触网的空间位置，然而由于采用了摄像头，检测所需的成本较高、图像处理数据量较大，且其测量结果受光线影响较为严重；另一种是采用激光测量仪（例如DJJ-8激光测量仪）进行人工检测，通常是由人工利用激光进行单点对准并进行测距，每次只能测量一个点数据，且由于无法准确对准接触线的最低端，人工对准的精度较低，因此此类方案测量效率较低、采样数据量较少且测量值不连续，造成分析结果误差较大，从检测数据中施工方或验收方无法直观的了解接触线的空间位置。 

采用基于激光雷达连续扫描以实时检测接触网几何参数的方法，由激光雷达每扫描一次返回一行数据，一次测量能够获得连续的多个扫描数据，能够有效提高测量的效率及精度。扫描的这些数据是在以激光雷达为原点，垂直于铁轨延伸方向的平面中极坐标距离数据，每行数据还包括时间（精确到毫秒）和激光雷达的位移，其中时间可以通过电脑的时间确定、位移数据需要一个和雷达固定在一起的位移计采集。 

如图1、2所示，采用激光雷达扫描检测接触线几何参数原理，假设接触线极坐标长度变量为x，则满足下式： 

H=H₀+h=H₀+xcosα 

z=xsinα 

其中式中：H—接触线高度 

h—接触线至激光发射点所在水平面的距离 

z—拉出值 

H₀—激光雷达扫描点距轨面高度 

α—激光雷达中心轴线同扫描激光束的夹角。 

激光雷达进行连续数据扫描时，扫描方向平面垂直于铁轨延伸方向同时沿铁轨方向运动，并保持与铁轨的高度和偏移量不变。由于铁路或地铁接触网高度一般在4-7米范围内，激光雷达扫描角度分辨率小于0.1度，接触线直径10-20毫米，理想的情况是激光雷达能在接触线上扫描到3-5个点，因此激光雷达角度分辨率越小越好，否则在4-7米的距离无法扫描到接触线。激光雷达扫描频率应与其沿铁轨方向运动速度相关，速度越快，扫描频率也要越高，理想的情况是保证每米位移能扫描10次。 

采用激光雷达进行连续扫能够获得多个连续的扫描数据，解决单点检测效率低等问题，然而通过获得的连续数据并不能直接获得接触网的侧面限界等几何参数，施工方或验收方也无法直观的了解接触线的空间位置，因此要获取接触网几何参数，还需要对测量数据进行分析处理。直接处理检测得到的大量连续数据会导致检测速度及效率的下降，且扫描获得的数据中还存在大量的非有效数据，增加不必要的数据处理量的同时影响检测的准确性。 

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、测量值连续、检测效率高、能够对激光雷达扫描的连续数据进行快速、有效的处理并智能识别接触线及支柱位置的基于激光雷达的铁路接触网几何参数检测方法。 

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为： 

一种基于激光雷达的铁路接触网几何参数检测方法，其特征在于，步骤为： 

（1）采用单线激光雷达进行扫描，在扫描范围内获得多个连续的扫描数据并将所述扫描数据转换为空间直角坐标系数据； 

（2）将所述空间直角坐标系数据按时间顺序或位移顺序进行排序，选取导高和拉出值处于预设范围内的数据，得到检测的有效数据； 

（3）查找所述有效数据的每行数据中最小导高值对应的数据点，得到列车运行时受电弓和接触线的接触位置；将有效数据按照数据间的距离进行分类并计算分类后每一类数据中拉出值的极值点，查找所述极值点对应的数据点，得到支柱所在位置。 

作为本发明的进一步改进，所述步骤（1）中将所述扫描数据转换为空间直角坐标系数据的具体步骤为： 

（1.1）输入所述扫描数据作为原始极坐标数据，根据相邻数据之间的相关性去除数据中的冗余数据，得到化简后的极坐标数据；