[發明專利]一種基于點云數據提取運營期隧道接觸網高度和拉出值的方法

在審

• 申請號: 202110618907.4
• 申請日: 2021-06-03
• 公開（公告）號: CN114049457A
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 鮑艷;高利業;盧建軍;李文海;金日范;倪樹新;王博;邢峻豪;姚相宇
• 申請（專利權）人: 北京工業大學;南京慧筑信息技術研究院有限公司;南通昊創智能科技有限公司
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G06T17/10
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種基于點云數據提取運營期隧道接觸網高度和拉出值的方法，屬于隧道工程測量技術領域。本發明公開了一種基于點云數據提取隧道導高和拉出值的方法，該方法通過改進的雙向投影法提取隧道中軸線，利用隧道中軸線走向提取隧道橫斷面。由斷面點云的相對位置關系，通過初步粗提取軌道與接觸網部分點云數據，再根據其點云特征，通過設置一定閾值精確提取出軌道與接觸網三個特征點，最終由三角形幾何關系獲得隧道某一斷面的導高和拉出值。本發明的優點是，利用三維激光點云數據提取隧道斷面的效率高、精度高、智能化，并且可以得到相對應的斷面的導高和拉出值，大大提高了測量效率和精確性。

技術領域

本發明屬于隧道工程測量技術領域，具體涉及一種基于點云數據提取運營期 隧道接觸網高度(通常稱為“導高”)和拉出值的方法。

背景技術

地鐵隧道在運營過程中需要維修和檢測，接觸網高度(通常稱為“導高”) 為接觸導線下邊界到軌道平面的垂直距離，接觸網導線高度的測量位置主要在接 觸線定位點、每根吊弦點和接觸線最低點。如果接觸網導線過高則會使電弓離線 產生電弧燒損接觸線和受電弓，過低則會危及人員和超限貨物的安全，另外很小 的距離內接觸網高度(即導線坡度)變化過大時，易產生電弧影響弓網受流質量， 加大滑板的導線的磨損。接觸線拉出值是指定位點處接觸線與受電弓中心線之間 的距離值。直線區段處，列車在行駛過程中受電弓中心線與線路中心線重合，拉 出值即弓網接觸點的垂直投影與線路中心線的距離。曲線區段上，由于線路外軌 與內軌間存在高度差，列車受電弓隨車身向曲線內側傾斜，受電弓中心線與線路 中心線有一定距離差。弓網接觸點隨列車位置的移動而移動，拉出值不斷變化， 從而達到均勻磨損受電弓滑板的目的。如果拉出值過大會造成刮弓、斷線等事故。

傳統的地鐵隧道結構健康檢測大多采用全站儀、鋼尺、三角板等測量儀器與 人工作業配合相結合的方法，隧道在施工、竣工驗收以及運營期的測量工作量大 以及傳統測量方法觀測勞動強度高，觀測精度受到觀測條件和作業人員的素質高 低的影響，并且監測的斷面為離散點、實測斷面數量有限、且精度受光線影響較 大等等。因此需要一種高精度、高效率、智能化的測量方式，三維激光掃描技術 三維激光掃描儀無接觸測量，能高密度、高分辨率地獲取掃描隧道的海量點云數 據，對光線條件沒有要求，并且可以一次性快速、完整、全方位地采集隧道內部 的數據，通過后處理可以得到運營隧道任意里程的導高和拉出值。

目前諸多學者對三維激光掃描在隧道中的應用進行了大量的研究，但主要是 對隧道施工及運維過程中隧道的變形以及對襯砌環間錯臺量的提取做了研究，針 對隧道運營過程中導高和拉出值的研究較少，并沒有提出詳細系統的提取方法。 本文提出一種適應于隧道運營過程中提取導高和拉出值的方法：提出基于每環對 應的斷面提取導高和拉出值的方法，來指導運營期隧道健康檢測。

發明內容

本發明旨在提供一種簡單、快速而又準確的提取隧道運營期導高和拉出值的 方法，用于指導隧道運營期的維護。

為了達到上述目的，本發明提出一種基于點云數據提取隧道運營期導高和拉 出值的方法，該方法包括以下步驟：

第一步：點云數據獲取

利用站式三維激光掃描儀，進行現場掃描獲取隧道點云數據；

第二步：隧道中軸線提取

在隧道的整體點云數據處于絕對坐標系下后，提取表達隧道的姿態和走勢的 空間曲線，即隧道的邊界線，將隧道點云數據向XOY面投影獲取邊界部分點云， 采用最小二乘法擬合出邊界部分點云的平面方程，將隧道點云數據投影至YOZ 面上，提取出上邊界點，利用RANSAC隨機采樣一致性算法結合最小二乘法擬合 一條二次曲線，將此二次曲線投影至XOY面所擬合的平面上得到隧道的空間三維 中軸線，通過中軸線獲取隧道走向與坐標軸夾角；

第三步：運營期隧道斷面的提取