[发明专利]基于机载激光雷达的高铁接触线导高及拉出值巡检方法

说明书

本发明公开了一种基于机载激光雷达的高铁接触线导高及拉出值巡检方法，包括以下步骤：使用搭载激光雷达的无人机沿铁路线侧上方巡检获取线路原始点云数据；对原始点云数据进行预处理；对处理后的原始点云数据进行分割提取，得到接触网系统点云与线路平面点云；提取线路平面点云中的轨道；对接触网系统中接触悬挂与支柱支持部分进行点云分割；提取接触悬挂点云中的接触线；将接触线与其对应的轨道进行匹配，重构测量场景，并自动测量每一点处接触线导高与拉出值。本发明实现了高精度、高效率、大范围铁路现场的接触线静态参数检测，几乎不受外界光照条件的影响，甚至可以在黑暗环境下工作，这将扩大检测时间范围，提高维护工作安排的灵活性。

技术领域

本发明涉及接触网测量技术领域，尤其涉及一种基于机载激光雷达的高铁接触线导高及拉出值巡检方法。

背景技术

近年来，以高速铁路为代表的轨道交通系统发展迅速，运营里程的不断增长给安全运营带来了极大的挑战。接触网系统(OCS)是电气化铁路的基础，接触线与列车上方受电弓接触并在运行中保持高速滑动接触，以此方式将电能传递给列车。因此，受电弓与接触线的接触状况直接影响列车的受流，而接触线的空间位置对接触状态有重要影响。接触线位置的小幅度变化会引起受电弓和接触网的剧烈振动，加速其老化和损坏。接触线空间位置偏差过大可能导致受电弓与接触线脱离接触状态，或导致拉弧甚至穿弓等更严重的事故。但由于接触网结构的柔性和运营中的高频摩擦作业，接触网经常发生变形。因此，对接触网的健康状况，特别是接触线的空间位置进行检测是十分必要的。

接触线空间位置检测一般可分为动态参数测量和静态参数测量两种。区别在于测量时受电弓与接触线之间是否有接触和相互作用，如果存在弓网接触，称为动态参数测量，反之则成为静态参数测量。

传统的动态参数测量方法是在轨道检测车受电弓上安装压力传感器或加速度传感器，通过监测受电弓与接触网的接触状况，间接测量接触线的空间位置。近年来，先进的动态参数测量技术发展，比如将摄像机或激光雷达放在检测车或运行列车上进行测量。然而，在动态参数测量过程中，受电弓与接触线的相互作用会引起接触线的振动和变形。此外，受电弓的磨损引起的受电弓形状变化和车体振动也会导致测量误差。因此，在动态参数测量中，虽然受电弓与接触网的相互作用可以模拟列车通行时的状态，但动态参数测量的结果不够精确。由于受电弓与接触网相互作用的复杂性和随机性，使得接触网导高过低等问题可能被掩盖。相比于动态参数测量，静态参数测量可以避免这些问题。

传统静态参数测量是人工完成的。维护人员必须沿着线路使用便携式测量设备测量接触线。人工测量存在风险，浪费大量人力和财力，此外测量时占用线路无法开行列车。因此，人工静态参数测量虽然精度较高，但只能用于重点或异常线路区段，而不能用于全线。为了提高静态参数测量的效率，学界工业界提出了先进的静态参数测量方法。比如将激光传感器放置在接触网顶部支撑结构上，以监测接触线。然而，这种方法只能监测安装传感器的特定线路段，不适合大规模应用。为了扩大测量范围，移动方法受到广泛关注。例如在移动设备上安装摄像头进行检查。但在复杂的环境中，接触线的识别是一个难点。此外，光照强度对测量精度有影响。相反，激光雷达的点云采集几乎不受外部光线条件的影响。此外，与基于图像的测量相比，基于三维点云的测量在理论上具有高精度的固有优势。因此，激光雷达更适合于接触线静态参数测量。目前，对于接触网的静态参数测量，激光雷达主要采用手推车或汽车搭载。手推车效率低且不安全。汽车只适用于有平行公路的线路。然而，高铁线路周边往往是田野、山脉、河流或湖泊，而非公路。因此，这些现有的方法很难在实际高铁运营中得到应用。

发明内容

为了克服以上技术方法的缺陷，实现高精度、高效率能够大范围应用于铁路现场的接触线检测，本发明提出了一种基于无人机载激光雷达的高铁接触线导高及拉出值巡检方法。通过使用搭载激光雷达的无人机沿铁路线侧上方巡检，快速、高效、广域地获取铁路点云数据。在采集原始数据后，提出了自适应提取算法，从原始点云中提取出铁路关键基础设施(钢轨、桅杆、接触线等)，并在此基础上，自动计算接触线的静态几何参数(导高和拉出值)来确定接触线的空间位置。