[發明專利]一種軌道建筑空間3D點云數據轉換方法

有效

• 申請號: 201210262436.9
• 申請日: 2012-07-26
• 公開（公告）號: CN103577670B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發明（設計）人: 周民立
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;B61L25/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 宣慧蘭

技術領域

本發明涉及一種數據處理方法，尤其是涉及一種軌道建筑空間3D點云數據轉換方法。

背景技術

城市軌道交通運營管理的發展，需要對地下隧道的軌道線路沿線建筑空間形狀進行記錄，作為數字化維護保障管理信息系統的空間數據庫。將3D激光掃描儀設置成2D掃描模式并安裝在軌道小車上，可快速完成對沿線建筑空間形狀數據的采集。由于2D掃描只能采集到獨立的建筑截面數據，若要重建隧道3D建筑空間，還需要知道移動2D掃描車輛的行走路徑與姿態，生成缺失的坐標信息后，才可將許多2D截面數據按照實際情況拼接起來。按常理，要使行走車輛可記錄軌道曲直度行走軌跡，需要引入慣性導航(IMU)結合全球定位系統(GPS)的空間定位方法。由于IMU系統復雜且價格昂貴，在地下隧道又無法引入GPS系統，這種方法并不可行。已申請發明專利《一種城市軌道交通檢修小車定位系統》(申請號201110211175.3)提出了利用光電編碼器和光電傳感器來檢測軌道小車的行走距離，但是該專利描述的技術能檢測到的行走軌跡是關于直線標量的距離，還不能獲得小車在彎曲軌道上行走時的軌跡矢量。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種算法簡單、硬件需求低的軌道建筑空間3D點云數據轉換方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種軌道建筑空間3D點云數據轉換方法，該方法通過沿軌道運行的工務檢測車實現，包括以下步驟：

一種軌道建筑空間3D點云數據轉換方法，該方法通過沿軌道運行的工務檢測車實現，其特征在于，包括以下步驟：

1)周期性地讀取工務檢測車同一輪軸兩側的車輪在當前時刻n的位置信息，并與前一時刻n-1的位置信息相比較，由此計算出兩側車輪的位移信息C₁和C₂；

2)由位移信息C₁、C₂和軌道的軌距L，分別計算出時刻n車輛位置點軌道的等效彎曲半徑與內側軌道相交點的長度L₀和與外側軌道相交點的長度L+L₀，以及該時刻等效彎曲半徑與前一時刻n-1等效彎曲半徑的夾角θ；

3)將前一時刻n-1至當前時刻n之間的螺旋式行進掃描點近似投影到n時刻的等效彎曲半徑線上；

4)對當前時刻n等效半徑線上的每一掃描點P_n作垂線，此垂線終止于前一時刻n-1半徑線，該終點是對應時刻n等效半徑上點P_n的時刻n-1等效半徑上的點P_n-1，并計算該垂線距離C_x；

5)根據θ和C_x計算點P_n由其所在的坐標系轉換到點P_n-1所在坐標系的偏移值Δu_x和Δv_x，并進行坐標轉換；

6)重復步驟3)～步驟5)，計算當前時刻n等效半徑線上所有的點轉換到前一時刻n-1的坐標系中的偏移值，進行坐標轉換，獲取軌道建筑空間3D點云數據并輸出。

步驟1)中信息讀取時刻的周期與工務檢測車的激光掃描儀鏡頭的旋轉周期同步，使得所計算的位移信息C₁和C2有足夠精度。

與現有技術相比，本發明基于移動式2D激光掃描技術對隧道建筑空間進行數據采集的方法，利用簡單的雙輪光電編碼器獲取隧道的縱向曲線信息，通過將螺旋式行進掃描點近似為截面式掃描點，巧妙地解決了將移動式2D掃描數據拓展成3D掃描數據的轉換方法，通過對數據線下處理有效完成了對移動掃描點云數據的坐標轉換。該發明涉及的算法簡單、硬件需求低，并且可廣泛應用于其它類似場合。

附圖說明

圖1為本發明的流程圖；

圖2為本發明坐標變換的原理圖，其中圖2(a)為實際的掃描軌跡，圖2(b)為激光掃描儀掃描得到的掃描軌跡；

圖3為2D點云數據近似表示的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。

實施例