[发明专利]一种利用三维激光点云自动提取既有线轨顶高程方法

说明书

一种利用三维激光点云自动提取既有线轨顶高程方法，实现从散乱、高密度点云中分离出轨道并计算轨顶高程，为三维激光扫描移动测绘在铁路既有线路勘测、检测和信息化中提供技术支撑。包括以下步骤：1)、从原始扫描激光点云中分割轨道三维激光点云；2)、根据轨道三维激光点云计算左、右轨中心线；3)、根据中心线里程建立左、右轨里程编码系统；4)、抽取左、右轨轨顶面元三维激光点云；5)、对轨顶面元三维激光点云进行轨顶高程平差计算，计算剔除高程异常点和噪点后的轨顶面元三维激光点云的高程平均值，即为对应轨顶高程值。

技术领域

本发明属于既有线铁路勘测技术领域，尤其针对通过陆基激光雷达获取的铁路高密度三维激光点云数据进行轨道轨顶高程自动提取，实现铁路既有线勘测中左、右轨高程自动提取和高精度稳健计算。

背景技术

铁路既有线勘测是铁路养护维修及增建二线的重要环节，传统的既有线既有线静态测量采用以既有铁路中线为基本控制线的接触式测量，如水准测量、GPS测量、全站仪测量等直接测量轨道轨面高程，对运营干扰大，安全性低，数据采集效率不高。三维激光移动扫描可以快速获取轨道高密度、高精度的点云数据，为铁路既有线勘测提供了一种高效率、高精度的测量手段。但是利用三维激光扫描移动获取的三维点云只是一个个非结构化的离散点，在轨道表面受到干扰，噪声点较多，并且数据量极其庞大。如何利用散乱的三维激光点提取并计算轨道轨面高程，是三维激光移动扫描技术用于铁路既有线勘测，提高精度和提升效率亟待解决的问题和难点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用三维激光点云自动提取既有线轨顶高程方法，实现从散乱、高密度点云中分离出轨道并计算轨顶高程，解决铁路勘测中利用三维激光扫描手段时高密度激光点云处理和智能分析关键问题，为三维激光扫描移动测绘在铁路既有线路勘测、检测和信息化中提供技术支撑。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明一种利用三维激光点云自动提取既有线轨顶高程方法，包括以下步骤：

1)、从原始扫描激光点云中分割轨道三维激光点云：根据三维激光扫描系统的轨迹数据，确定轨道概略中心线，以此中心线按照轨道间距生成缓冲区，去除高于轨道轨面和左、右轨两旁的大量三维激光点云数据，使得轨道提取范围更为精确；

2)、根据轨道三维激光点云计算左、右轨中心线，该计算过程在三维点云空间中进行，对左、右轨三维激光点云分段统计每一段钢轨三维激光点云的高程最大值，以分段高程极大值筛选出左、右轨轨面上下一定范围内的三维激光点云，根据轨面三维激光点云提取单根钢轨两边轨面边缘线，将分段提取的钢轨两边轨面边缘线连接成单根钢轨两边边缘线，根据单根钢轨两边边缘线分别求其平均值计算左、右轨中心线；

3)、对左、右轨中心线进行里程编码，根据导入铁路里程桩号信息及对应的坐标，将里程桩号垂直投影至左、右轨中心线，垂足所在中心线处里程即为对应桩号里程，根据中心线里程建立左、右轨里程编码系统；

4)、抽取左、右轨轨顶面元三维激光点云，设定左、右轨顶高程提取点的里程号，根据里程号查询里程编码系统，计算对应轨顶高程提取点的三维坐标，以轨顶高程提取点的三维坐标从轨面三维激光点云中按照设定的大小抽取轨顶面元三维激光点云；

5)、对轨顶面元三维激光点云进行轨顶高程平差计算，计算轨顶面元三维激光点云高程平均值和方差，以此对高程异常点、噪点进行剔除，计算剔除高程异常点和噪点后的轨顶面元三维激光点云的高程平均值，即为对应轨顶高程值。