[发明专利]基于车载Lidar点云的铁路轨道轨距和水平参数测量方法

说明书

本发明公开了一种基于车载Lidar点云的铁路轨道轨距和水平参数测量方法，步骤如下：S1.构建轨道模型；S2.将轨道模型与车载Lidar轨道点云做初始匹配；S3.将轨道模型与车载Lidar轨道点云做精确匹配，分别计算左右钢轨模型工作边和上踏面到对应的车载Lidar点云的距离，并根据钢轨模型工作边到车载Lidar点云的距离调整轨距；S4.重复步骤S3，迭代进行，直到钢轨模型工作边和上踏面到车载Lidar点云距离均小于设定的阈值为止。本发明实现铁路轨道几何参数高精度测量，实现了顾及轨距和水平参数的轨道模型与车载Lidar轨道点云的匹配，并基于轨道模型测量铁路轨道的轨距和水平参数，为使用车载Lidar技术进行铁路轨道测量提供了技术支撑。

技术领域

本发明涉及轨道测量技术领域，具体为一种基于车载Lidar点云的铁路轨道轨距和水平参数测量方法。

背景技术

目前，铁路轨道轨距和水平参数测量主要依靠轨距尺、轨检小车等人工方式上道测量。截至2017年，中国铁路运营里程已超过12万公里，传统的轨道测量方法在测量精度、作业效率、作业安全、运营干扰性等方面已不能满足铁路快速发展的要求。在这种情况下，通过对外业测量数据获取方式的技术性变革，急需寻求高效、安全、对运营低干扰或零干扰的全新的铁路测量技术和方法。车载Lidar（Light Detection And Ranging，激光探测与测量）技术可以快速获取铁路轨道高密度、高精度的点云数据，为铁路轨道测量提供了一种高效率、高精度的测量手段。由于利用车载Lidar获取的钢轨点云只是一个个非结构化的离散点，钢轨点云包含随机误差和大量噪声点且由于扫描遮挡导致部分钢轨点云缺失，所以如何利用散乱的钢轨点云获取铁路轨道的几何参数是车载Lidar技术用于铁路测量亟待解决的问题和难点。

中国发明专利公开号CN104236499A公开了一种基于点云数据的铁路自动测量方法，该方法可以从点云中获取铁路轨道的轨距和水平参数，但存在以下缺点：1为减小点云中存在的噪声以及密度不均匀等问题对测量结果的影响，先对钢轨点云中每一个点进行主成分分析，将空间一定范围相关性相似的点拟合成一个更加稳健的点，再通过上采样对每个点的邻域空间内结合已有的几个点进行插值从而增加点密度。这导致该方法所使用的点云是经过拟合和内插后获得的钢轨点云，并非真实的钢轨原始点云，这会对轨道几何参数测量结果的真实性产生影响。2为获取轨道的轨距和水平参数，使用平面拟合算法对钢轨侧面点云进行拟合，再选取距离拟合平面最远的点作为轨面最高点，然后选取轨面最高点以下1.6cm处的点作为轨距测量点。由于钢轨工作边是由一个平面和多个曲面构成，所以仅使用平面拟合算法获取钢轨工作边的精度不满足轨道测量精度要求。而且由于钢轨具有确定的几何结构，钢轨中用于测量轨道水平和轨距的点具有明确的空间位置关系，但该方法所获取的轨道水平和轨距测量点不存在明确的空间位置关系，所以使用该方法测量所得的轨道水平和轨距参数精度不满足轨道测量的要求。3铁路轨道左右钢轨平行，但该方法使用平面拟合算法获取的左右钢轨工作边平面不平行，所以基于工作边平面获得的轨距测量点不精确。

中国发明专利公开号CN107792115A公开了一种利用三维激光点云自动提取既有线轨顶高程方法，该方法先分段统计每一段钢轨三维激光点云的高程最大值，然后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作为轨面点云，并提取轨面边缘线用于确定轨顶中线，最后提取轨顶中线邻域轨面点云，计算邻域点的高程平均值。该方法无法获得轨道的轨距参数，且由于该方法仅可以获得左右钢轨轨顶的高程，并没有建立左右钢轨中心点的对应关系，所以无法测量高精度的轨道水平参数。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够实现铁路轨道几何参数高精度测量的基于车载Lidar点云的铁路轨道轨距和水平参数测量方法。技术方案如下：

一种基于车载Lidar点云的铁路轨道轨距和水平参数测量方法，包括以下步骤：

S1：按照标准轨距构建包括左右钢轨的三维的轨道模型，并在轨道模型上分别标定左右钢轨的工作边、上踏面和轨顶中心，以及工作边中距轨顶面16mm处的位置；