[发明专利]一种基于点云数据的既有铁路中线提取方法

说明书

本发明公开了一种基于点云数据的既有铁路中线提取方法，包括以下步骤：数据预处理，包括对原始点云数据的测站拼接、粗差剔除和数据裁剪；点云数据滤波，滤除无效点云数据，并根据轨面高程对点云数据进行分段滤波；点云分割，先将点云数据格网化和二值化处理，再对滤波后的点云数据进行点云分割，并将对点云数据的处理转化为对格网数据的处理；线路中线点计算，根据既有铁路两条钢轨平行的几何特性，并利用两条钢轨的点云数据，计算出线路中线点的坐标，得到线路中线。本发明能够自动提取既有铁路线路中线，提高了既有铁路中线测量的精度和作业效率，避免了测量人员上线作业带来的巨大安全隐患。

技术领域

本发明属于铁路工程勘测领域，特别涉及一种基于点云数据的既有铁路中线提取方法。

背景技术

目前，既有铁路中线测量主要采用传统测量方式，即通过全站仪或者GPS-RTK技术沿既有线路中线按照一定间距采集中线点的坐标，进而得到线路的平面位置。然而，传统的测量方法不仅外业工作量大、作业效率较低，同时作业人员需要在既有铁路上测量也存在巨大的安全隐患。

虽然三维激光扫描技术可以通过非接触测量方式，快速获取被测对象表面的三维点云数据，具有高效率、高精度的独特优势，将其引入到既有铁路中线测量当中，可以有效克服传统测量方法的不足。但是目前对于三维点云数据的内业处理仍以人机交互方式为主，主要通过扫描仪随机的数据处理软件完成。通过人机交互方式提取既有铁路中线点，不仅会产生人为测量误差，降低中线点坐标的提取精度，同时由于点云数据量过大，会极大地增加内业数据处理的工作量，不能充分发挥三维激光扫描技术在既有铁路测量领域中的巨大优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动提取既有铁路线路中线、测量精度高、操作安全的基于点云数据的既有铁路中线提取方法。

为实现上述目的，本发明的一种基于点云数据的既有铁路中线提取方法的具体技术方案为：

一种基于点云数据的既有铁路中线提取方法，包括以下步骤：数据预处理，包括对原始点云数据的测站拼接、粗差剔除和数据裁剪；点云数据滤波，滤除无效点云数据，并根据轨面高程对点云数据进行分段滤波；点云分割，先将点云数据格网化和二值化处理，再对滤波后的点云数据进行点云分割，并将对点云数据的处理转化为对格网数据的处理；线路中线点计算，根据既有铁路两条钢轨平行的几何特性，并利用两条钢轨的点云数据，计算出线路中线点的坐标，得到线路中线。

本发明的一种基于点云数据的既有铁路中线提取方法的优点在于：

1)将三维激光扫描技术应用于既有铁路中线测量，无需在既有铁路上作业，避免了传统测量方法中测量人员上线作业带来的巨大安全隐患；

2)能够自动提取既有铁路线路中线，提取方法逻辑严密，计算精度高于传统测量方法，能够完全替代传统人工测量方式，提高了既有铁路中线测量的精度和作业效率；

3)根据既有铁路钢轨轨面高于枕木、道砟及地面的特点，分段进行轨面高程滤波，保留钢轨数据，剔除非钢轨数据，既减少了数据量，又避免了铁路纵向高程变化带来的影响；

4)基于格网化和边界填充算法进行点云分割，能够有效的识别每个点属于哪条钢轨点集，点云分割精度较高；

5)本发明的提取方法在计算中心点时，采用对局部点云进行最小二乘拟合直线的方式，对于既有铁路的直线段、曲线段及缓和曲线段均适用，算法通用性较强；

6)本发明的提取方法作业效率远高于传统人工测量方式，并且能够任意设置中线点采样间隔，获取的中线点数量远高于传统测量方式，中线测量结果也更加准确。

附图说明

图1为本发明的预处理后的点云数据的示意图；

图2为本发明的滤波后的点云数据的示意图；

图3为本发明的铁路中线提取原理的示意图；