[发明专利]一种基于点云数据提取运营期隧道接触网高度和拉出值的方法

说明书

本发明公开了一种基于点云数据提取运营期隧道接触网高度和拉出值的方法，属于隧道工程测量技术领域。本发明公开了一种基于点云数据提取隧道导高和拉出值的方法，该方法通过改进的双向投影法提取隧道中轴线，利用隧道中轴线走向提取隧道横断面。由断面点云的相对位置关系，通过初步粗提取轨道与接触网部分点云数据，再根据其点云特征，通过设置一定阈值精确提取出轨道与接触网三个特征点，最终由三角形几何关系获得隧道某一断面的导高和拉出值。本发明的优点是，利用三维激光点云数据提取隧道断面的效率高、精度高、智能化，并且可以得到相对应的断面的导高和拉出值，大大提高了测量效率和精确性。

技术领域

本发明属于隧道工程测量技术领域，具体涉及一种基于点云数据提取运营期 隧道接触网高度(通常称为“导高”)和拉出值的方法。

背景技术

地铁隧道在运营过程中需要维修和检测，接触网高度(通常称为“导高”) 为接触导线下边界到轨道平面的垂直距离，接触网导线高度的测量位置主要在接 触线定位点、每根吊弦点和接触线最低点。如果接触网导线过高则会使电弓离线 产生电弧烧损接触线和受电弓，过低则会危及人员和超限货物的安全，另外很小 的距离内接触网高度(即导线坡度)变化过大时，易产生电弧影响弓网受流质量， 加大滑板的导线的磨损。接触线拉出值是指定位点处接触线与受电弓中心线之间 的距离值。直线区段处，列车在行驶过程中受电弓中心线与线路中心线重合，拉 出值即弓网接触点的垂直投影与线路中心线的距离。曲线区段上，由于线路外轨 与内轨间存在高度差，列车受电弓随车身向曲线内侧倾斜，受电弓中心线与线路 中心线有一定距离差。弓网接触点随列车位置的移动而移动，拉出值不断变化， 从而达到均匀磨损受电弓滑板的目的。如果拉出值过大会造成刮弓、断线等事故。

传统的地铁隧道结构健康检测大多采用全站仪、钢尺、三角板等测量仪器与 人工作业配合相结合的方法，隧道在施工、竣工验收以及运营期的测量工作量大 以及传统测量方法观测劳动强度高，观测精度受到观测条件和作业人员的素质高 低的影响，并且监测的断面为离散点、实测断面数量有限、且精度受光线影响较 大等等。因此需要一种高精度、高效率、智能化的测量方式，三维激光扫描技术 三维激光扫描仪无接触测量，能高密度、高分辨率地获取扫描隧道的海量点云数 据，对光线条件没有要求，并且可以一次性快速、完整、全方位地采集隧道内部 的数据，通过后处理可以得到运营隧道任意里程的导高和拉出值。

目前诸多学者对三维激光扫描在隧道中的应用进行了大量的研究，但主要是 对隧道施工及运维过程中隧道的变形以及对衬砌环间错台量的提取做了研究，针 对隧道运营过程中导高和拉出值的研究较少，并没有提出详细系统的提取方法。 本文提出一种适应于隧道运营过程中提取导高和拉出值的方法：提出基于每环对 应的断面提取导高和拉出值的方法，来指导运营期隧道健康检测。

发明内容

本发明旨在提供一种简单、快速而又准确的提取隧道运营期导高和拉出值的 方法，用于指导隧道运营期的维护。

为了达到上述目的，本发明提出一种基于点云数据提取隧道运营期导高和拉 出值的方法，该方法包括以下步骤：

第一步：点云数据获取

利用站式三维激光扫描仪，进行现场扫描获取隧道点云数据；

第二步：隧道中轴线提取

在隧道的整体点云数据处于绝对坐标系下后，提取表达隧道的姿态和走势的 空间曲线，即隧道的边界线，将隧道点云数据向XOY面投影获取边界部分点云， 采用最小二乘法拟合出边界部分点云的平面方程，将隧道点云数据投影至YOZ 面上，提取出上边界点，利用RANSAC随机采样一致性算法结合最小二乘法拟合 一条二次曲线，将此二次曲线投影至XOY面所拟合的平面上得到隧道的空间三维 中轴线，通过中轴线获取隧道走向与坐标轴夹角；

第三步：运营期隧道断面的提取