[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

说明书

本发明公开了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，首先，根据轨道结构和接触网结构对应的扫描角度，设置角度分割阈值，分割得到轨道点云和接触网点云并使用统计滤波算法剔除了点云噪声；其次，基于移动扫描的轨迹线，采用长方体分割算法分割钢轨点云、圆柱分割算法分割接触线和定位点点云；再次，使用PCA和GICP配准钢轨点云、RANSAC提取接触线点云、维度分析法提取悬挂点点云；最后，根据导高、拉出值定义计算接触线的导高、拉出值。该方法具有精度高、效率高、自动化程度高等特点，可作为接触网导高与拉出值常态化检测方式的有效补充，服务于新建铁路静态验收和既有铁路线路运营检测。

技术领域

本发明涉及轨道交通快速综合检测领域，特别是涉及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。

背景技术

铁路是国家重要的基础设施，国民经济的大动脉，在综合交通运输体系中处于骨干地位。1975年宝成线全线完成电气化改造，成为了我国第一条电气化铁路。自此以后，我国电气化铁路发展迅速，截至2020年底，我国铁路运营总里程超过14.63万公里，其中高速铁路已达到3.8万公里，电气化里程10.6万公里，电化率72.8％。接触网作为电气化铁路的核心部分，在保障铁路运输安全、提高运输效率、降低运输能耗等方面发挥着重要作用。

接触网放置在露天环境中，容易在恶劣的环境中老化和发生几何形位的改变。列车运行中，由于运行不规律、弓网间关系异常、电气腐蚀等方面的原因，接触网会发生变形甚至断线的情况。当接触网发生故障时，由于无备用线路，整条铁路线路的运营都将会受到影响，从而造成巨大的经济损失和不良的社会影响。接触网几何参数主要包括接触线导高和拉出值，导高是指接触线底面至轨面的垂直距离，拉出值是指接触线在定位点对受电弓中心线的偏移量。对于新建接触网工程，应在验收初期及时发现并消除由于安装误差引起的导高和拉出值超限，确保后续动态提速测试与试运营安全顺利进行。在运营阶段，为保证电力机车受电弓与接触线之间有良好接触，减少磨耗，避免发生刮弓或钻弓事故，接触线导高和拉出值需保持在一定范围内，因此有必要对接触线导高、拉出值进行常态化检测。

接触网导高与拉出值自动检测通常采用接触式检测和非接触式检测。相较于接触式检测，非接触式检测方式更加精确、安全和智能。非接触式检测方法主要包括图像检测和激光检测。图像检测是在检测车顶安装CCD像机获取图像，利用图像识别技术检测接触网的导高和拉出值。由于测量基准不同，图像检测方法通常需要对车体振动进行补偿，计算过程复杂。同时，图像检测方法易受到天气和光照等因素的影响，导致检测质量不稳定，目标识别难度较大，准确度较低等问题。目前，供电段、维管段各工区现场一般采用传统的便携式激光测量设备，在天窗点内对接触线导高与拉出值进行静态点式测量，在接触线每个定位处利用激光测距仪人工瞄准捕获接触线进行参数的抽样测量，劳动强度大、作业效率低、安全系数低，检测功能单一。因此，急需研发一种检测效率高、检测精度高、自动化程度高以及无接触式的接触网导高与拉出值检测新技术，保障接触网系统正常稳定工作。

车载移动激光扫描技术是指在移动载体上集成全球卫星导航系统(GlobalNavigation Satellite System，GNSS)、惯性测量单元(Inertial Measure Unit，IMU)、激光扫描仪、数码相机、数码摄像机等多种传感器的综合测量检测技术。各类型传感器在移动状态下自动采集各种位置、姿态、影像和激光扫描数据，通过统一的地理参考和数据采集同步技术，实现无接触式的空间地理信息采集、处理与入库。在作业过程中，将集成的三维激光扫描系统搭载在轨道车上，通过载体的移动，快速采集轨道交通两侧几十至几百米范围内海量点云和影像数据。通过地面GNSS基站、移动GNSS接收机、地面控制点、IMU和激光扫描仪数据的联合解算，得到高精度三维激光点云数据。相对于地面激光扫描和机载激光扫描，车载移动扫描具有高效灵活的数据采集方式，被越来越多的应用于工程实践中，车载移动扫描技术是目前研究的热点之一。近年来，越来越多的学者利用车载移动激光点云，实现接触网导高与拉出值检测的研究。