[發明專利]基于三維激光掃描技術的既有鐵路道岔岔心提取方法

有效

• 申請號: 201910628304.5
• 申請日: 2019-07-12
• 公開（公告）號: CN110490918B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 張云鵬;樊松勃;郭軍強;花書軍;李明
• 申請（專利權）人: 中鐵第六勘察設計院集團有限公司
• 主分類號: G06T7/521
• 分類號: G06T7/521;G06T7/66;G01B11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于三維激光掃描技術的既有鐵路道岔岔心提取方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)數據預處理，對原始數據進行測站拼接、粗差剔除；

(2)數據重采樣，使原始點云數據密度均勻；

(3)基于軌面高程對原始點云數據進行濾波，保留有效數據，減少點云數量；

(4)對濾波后的點云數據進行Hough變換，檢測直線；

(5)對于同屬于一條直線的點云數據利用最小二乘法進行擬合，計算直線斜率k₁和截距b₁；

(6)根據點到直線的距離，重新篩選隸屬于同一條直線的點集；

(7)對重新篩選出的點集進行第二次最小二乘擬合，精確計算直線的斜率k₂和截距b₂，最終可提取出4條直線，屬于同1組鐵軌的2條直線平行，共2組平行直線；

(8)分別計算不平行的2條直線的交點，共計算出4個交點，4個交點的坐標平均值即為岔心坐標。

2.根據權利要求1所述的基于三維激光掃描技術的既有鐵路道岔岔心提取方法，其特征在于，步驟(1)中，站間拼接：對掃描后的原始數據拼接整合，將掃描得到的點云數據納入到統一的坐標系當中；

粗差剔除：對于肉眼能夠識別的比較明顯且容易刪除的粗差點云，進行人工剔除；

將數據導出，保存為大地坐標X，Y，Z的格式并作為后續數據處理工作的原始數據。

3.根據權利要求1所述的基于三維激光掃描技術的既有鐵路道岔岔心提取方法，其特征在于，步驟(3)中，利用軌面高程進行濾波，只保留軌面數據，極大的減少點云數據量；首先搜索點云數據中各點Z坐標的最大值Z_max，Z_max即為軌面高程，設置濾波閾值h，對于點云數據中高程小于Z_max-h予以剔除，高程大于或等于Z_max-h的點作為軌面數據保留下來。

4.根據權利要求3所述的基于三維激光掃描技術的既有鐵路道岔岔心提取方法，其特征在于，h的取值宜在5～15cm之間。

5.根據權利要求1所述的基于三維激光掃描技術的既有鐵路道岔岔心提取方法，其特征在于，步驟(4)中，對于濾波后的點云數據采用Hough變換算法檢測直線，屬于同1條直線的點存儲到相應的數組中；

利用Hough變換檢測直線時，直線方程表示為ρ＝xcosθ+ysinθ；

將θ離散化，取遍所有值，按照直線表達式計算出相應的ρ值，對累加數組A(ρ,θ)累加，由A(ρ,θ)的值得到共線點的個數；

A(ρ,θ)中值最大的參數即為要檢測直線的參數。

6.根據權利要求1所述的基于三維激光掃描技術的既有鐵路道岔岔心提取方法，其特征在于，步驟(5)中，采用最小二乘法對屬于同一條直線的點進行擬合，計算出直線的斜率k₁和截距b₁，設直線方程為y＝kx+b,共線點的數量為n，則根據最小二乘原理擬合直線的斜率和截距可按照以下公式計算：

7.根據權利要求1所述的基于三維激光掃描技術的既有鐵路道岔岔心提取方法，其特征在于，步驟(6)中，根據點到直線的距離重新篩選同屬于1條直線的共線點集，對于每1條直線的參數(k，b)，遍歷所有點，計算點到直線的距離d，設置距離閾值d₀，當dd₀時，認為該點屬于這條直線上的點，作為直線點存儲到相應的直線數組；點(x₀,y₀)到直線(y＝kx+b)的距離d按照以下公式計算：

8.根據權利要求1所述的基于三維激光掃描技術的既有鐵路道岔岔心提取方法，其特征在于，步驟(7)中，利用最小二乘法對重新篩選出的共線點集進行第二次擬合，計算出直線的斜率k₂和截距b₂，可提取出4條直線，屬于同1股軌道的2條直線平行，共2組平行直線。

9.根據權利要求1所述的基于三維激光掃描技術的既有鐵路道岔岔心提取方法，其特征在于，步驟(8)中，根據以下公式，由擬合出的直線參數計算出交點JD1、JD2、JD3、JD4的坐標，將4個交點的坐標取平均值，即可得到岔心的坐標；