[发明专利]车载激光雷达数据校准方法、装置及系统

说明书

本发明提供了一种车载激光雷达数据校准方法、装置及系统，涉及轨道交通安全技术领域，该方法包括：获取列车运行方向信息、轨道信息、激光摄像组件安装位置信息和激光雷达安装位置信息；根据列车运行方向信息和轨道信息确定轨道基准坐标系，根据列车运行方向信息和激光摄像组件安装位置信息确定车体坐标系，根据列车运行方向信息和激光雷达安装位置信息确定激光雷达坐标系；接收位移变化参量数据；位移变化参量数据根据激光摄像组件采集的轨廓数据确定；利用轨道基准坐标系、车体坐标系和激光雷达坐标系，根据位移变化参量数据修正所载激光雷达数据，得到校准结果。本发明可以提升校准结果的测量精度和准确性，实现对车载激光雷达数据动态校准。

技术领域

本发明涉及轨道交通安全技术领域，尤其是涉及一种车载激光雷达数据校准方法、装置及系统。

背景技术

铁路限界(Railway Clearances)包括车辆限界和建筑限界两部分，是铁路管理部门针对列车车体、沿线建筑物和设备制定的标准横断面轮廓线。本发明所涉及的铁路限界特指建筑限界，依据国标《GB 146.2标准轨距铁路建筑限界》的相关规定。铁路建筑限界用于保障列车在行驶时有足够的行驶空间和行驶安全，它是一条以钢轨顶面为基准，在水平直线上垂直于铁路中心线，用于限制建筑物和设备在任何情况下均不得侵入的横断面轮廓尺寸控制线。

随着我国新建铁路线路和改造既有铁路线路的里程的不断增多，铁路场站、站台、雨棚、隧道、桥梁的修建与改造都有可能出现不符合“标准轨距铁路限界规范”的情况，铁路沿线设备也有可能侵入到限界范围内，容易导致列车运行时发生撞击/刮蹭事故，影响铁路的整体运营秩序，造成巨大的经济和人员损失。因此，需要利用铁路限界检测系统定期地检测线路限界状态，高效、准确地检测出异物侵限的位置和尺寸，指导铁路养护单位制定线路维护计划，保障铁路运输安全。

近年来，激光雷达技术的发展为铁路限界状态检测提供了高效率、高精度的数据获取手段，通过在检测列车头部安装激光雷达，能够在行车环境下连续地扫描沿线建筑物和设备的断面轮廓，从而实时检测线路限界状态。然而，检测列车是具有弹簧悬挂装置的多自由度振动系统，铁路轨道也存在各种波长的随机不平顺激扰，列车高速运行时，车体会出现蛇形运动和随机振动，安装的激光雷达也会随之发生偏移和转动，导致扫描的建筑物断面轮廓存在较大的误差，造成最终的限界检测结果不准确。因此，利用激光雷达采集限界数据时，需要实时测量列车车体相对于轨道的3个自由度的运动参量，包括横向位移、垂向位移和横滚角度，然后，通过坐标系映射的方式计算出激光雷达的运动参量，并对扫描的断面轮廓进行动态校准，消除激光雷达运动带来的干扰误差，从而提高铁路限界检测系统的测量精度和准确性。

目前，测量列车车体运动参量的方法可分为接触式和非接触式两种。现有测量列车车体运动参量的方法仍存在以下不足：

(1)接触式测量方法存在传感器设备安装繁琐、测量数据计算复杂度高、效率低、累积误差较大等问题，不能用于行车环境下的动态测量；

(2)非接触式测量方法受限于激光器和相机的自身精度，而且容易受到外界因素的干扰，测量精度难以保证。

发明内容

本发明提供了一种车载激光雷达数据校准方法、装置及系统，可以缓解铁路限界检测系统的车载激光雷达扫描数据受车体运动影响导致的数据精度不足问题，并实现对车载激光雷达数据动态校准。

第一方面，本发明实施例提供了一种车载激光雷达数据校准方法，该方法应用于限界数据处理平台，该方法包括：获取列车运行方向信息、轨道信息、激光摄像组件安装位置信息和激光雷达安装位置信息；根据所述列车运行方向信息和所述轨道信息确定轨道基准坐标系，根据所述列车运行方向信息和所述激光摄像组件安装位置信息确定车体坐标系，根据所述列车运行方向信息和所述激光雷达安装位置信息确定激光雷达坐标系；接收位移变化参量数据；所述位移变化参量数据根据所述激光摄像组件采集的轨廓数据确定；利用所述轨道基准坐标系、所述车体坐标系和所述激光雷达坐标系，根据所述位移变化参量数据修正所述车载激光雷达数据，得到校准结果