[发明专利]基于车载移动激光点云的接触网导高与拉出值自动检测方法

权利要求书

1.一种基于车载移动激光点云的接触网导高与拉出值自动检测方法，包括以下步骤：

S1，点云数据采集与预处理：

利用车载移动激光扫描系统对轨道交通沿线的基础设施及周边环境进行点云数据快速采集；基于沿线采集的激光点云，通过设定轨道和接触网点云对应的激光扫描发射角度的范围值，采用角度阈值分割算法，从轨道交通全断面激光点云中分割出包含轨道和接触网的激光点云；针对分割得到的轨道和接触网激光点云中的噪声点，采用统计滤波算法进行剔除；

S2，钢轨点云分割与配准：

利用改进的空间直线的最小二乘拟合算法使之能对轨迹线进行分段线性拟合，得到等间隔的轨迹线段，基于分段拟合的轨迹线段和对应轨道之间相对稳定的空间位置关系，采用长方体分割算法从S1预处理得到的轨道激光点云中提取钢轨点云；根据钢轨标准断面图生成标准钢轨模型点云，使用主成分分析算法和广义迭代最近点算法实现钢轨点云与钢轨模型点云的精确配准，从而获取钢轨空间几何参数，提取轨顶中线，计算线路中点，进而拟合出线路中心线；利用提取的轨顶中线更新轨迹线和钢轨点云之间的空间位置参数，进行下一段钢轨点云的提取与配准；迭代重复以上步骤，完成全部钢轨点云的提取和配准；

S3，接触线和悬挂点点云自动提取：

接触线和悬挂点提取：根据轨迹线和接触网结构之间相对稳定的空间位置关系，基于S2中分段线性拟合得到的等间隔轨迹线段，采用圆柱分割算法从S1中得到的接触网激光点云中提取包含接触线和悬挂点的点云；采用直线的随机采样一致性算法对包含接触线和悬挂点的点云进行三维直线模型拟合，根据标准接触导线的横断面设计图设置随机采样一致性算法的参数，进行接触导线点云分段提取与三维直线模型的自动拟合；采用维度分析法，分析目标点邻域的维度特征，设置线性阈值提取接触线悬挂点；

S4，接触网导高、拉出值自动检测：

根据导高和拉出值的定义及测量方法，利用S2中钢轨几何参数的检测结果、S3中接触线和悬挂点的检测结果，对接触线导高和拉出值进行自动检测。

2.根据权利要求1所述的接触网导高与拉出值自动检测方法，其特征在于，步骤S1中所述点云数据采集与预处理包括以下步骤：

(1)点云数据采集：

随着车载移动激光扫描系统的移动，激光扫描仪在垂直于线路方向或与线路方向呈45度方向进行圆周扫描，得到被测轨道交通长度范围内及轨道两侧一定距离范围的激光点云；利用所述车载移动激光扫描系统的轨迹线对所扫描的数据进行解算，获得全线统一地理空间坐标系下的激光点云，将所述全线统一地理空间坐标系下的激光点云导出成通用数据格式；

(2)激光点云角度阈值分割：

根据扫描仪在采集数据过程中记录的扫描头旋转的角度信息、扫描头每次步进旋转的角度值以及扫描仪圆周扫描的角度起点分割出一定角度范围的激光点云；根据扫描仪的安装高度、安装角度和分割区域的几何尺度，通过空间几何分析，利用三角函数公式计算得到分割区域所在的角度范围，或者直接在激光点云上选择轨道或者接触网结构的边界点，查看边界点的扫描角度值；再设定一个扫描角度值的浮动值δ，根据公式(1)，遍历所有激光点云，分割出轨道和接触网点云：

式中：

P_i：第i个激光点；

Segment_RailTrack、Segment_Catenary、Segment_Other：依次为轨道点云、接触网点云、其它点云；

α_min、α_max：分别为轨道对应的最小扫描角度和最大扫描角度，单位为度；

β_min、β_max：分别为接触网结构对应的最小扫描角度和最大扫描角度，单位为度；

δ：角度分割浮动值；

是轨道点云中第i个激光点的扫描角度，单位为度；

是接触网点云中第i个激光点的扫描角度，单位为度；

优选的是，所述角度分割浮动值δ为3度；

(3)点云噪声过滤：

使用统计滤波算法剔除三维激光扫描系统获取的点云数据中的少量的噪声点。