[發明專利]基于三維激光掃描的軌道交通站臺限界快速檢測方法

在審

• 申請號: 202310049016.0
• 申請日: 2023-02-01
• 公開（公告）號: CN116128834A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 王宏濤;王變利;許磊;鞏健
• 申請（專利權）人: 河南理工大學;焦作市基礎地理信息中心;中國鐵路設計集團有限公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/13;G06T7/68;G06T7/70;G06T17/10
• 代理公司: 天津賽凌知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 12270
• 代理人: 李蕊

本發明公開了一種基于三維激光掃描的軌道交通站臺限界快速檢測方法，包括：1)利用自移動式三維激光掃描裝備獲取軌道、臨近車站站臺及周邊建筑物的三維激光點云數據；2)鋼軌三維激光點云的判識與提取；3)左右鋼軌三維模型的構建；4)線路中心線三維坐標計算；5)車站站臺頂面與內側面的平面擬合；6)車站站臺外檐邊緣線提取；7)計算車站站臺外檐與軌道中心水平距離及高程差值；8)將站臺外檐線段的結束端點作為下一段的初始頂點，重復S5～S7，完成車站站臺限界的全面檢測。該方法檢測效率高、精度高、檢測結果可靠。

技術領域

本發明涉及軌道交通限界檢測領域，特別是涉及一種基于三維激光掃描的軌道交通站臺限界快速檢測方法。

背景技術

限界是指為了確保機車車輛在軌道交通線路上運行的安全，防止機車車輛撞擊鄰近線路的建筑物和設備設施，而對機車車輛和接近線路的建筑物、設備設施所規定的不允許超越的輪廓尺寸線。限界的精確檢測與安全預警，是保證列車運行安全的有效手段，對提高軌道交通運營能力具有重要的理論意義和應用價值。站臺限界是指車站站臺外檐與線路中心的水平距離和高度差值。相對于線路區間(路基、橋梁、隧道)的限界，站臺限界不僅要確保機車車輛停靠的安全距離，還要提升旅客上下列車的舒適度。因此，車站站臺限界在設計階段要求更苛刻、檢測精度更精準。

由于建設期施工技術、管理溝通問題，站臺外檐墻侵限事故頻發，多次發現站臺墻側面與線路中心距離不滿足限界要求，站臺墻頂面高出限界要求的問題，甚至出現了聯調聯試期間車站高站臺帽刮傷兩節試驗測試車的安全事故。一個個慘痛事故的發生并非偶然，究其原因還是由于對站臺限界檢測缺乏高效、全面的技術手段所導致。傳統站臺限界的測量方法主要為接觸式測量，如橫斷面法、綜合斷面法和軌跡法都屬于接觸式檢測，特點是需要大量的人為操作，存在著工作量大、效率低下、可靠性低、準確性差等顯著問題。基于斷面攝像法的限界檢測屬于無接觸式測量，該方法提高了限界檢測的自動化程度，但受光線的干擾較大，對作業環境的要求較高。隨著激光測量技術的發展，三維激光掃描技術作為一種全新的無接觸測量方法，具有快速、高精度、全天候測量的優勢，適用于天窗時間內進行運營線路測量工作。但是，三維激光掃描技術僅能夠快速獲取車站站臺的全部三維點云，仍需要結合車站站臺特征及限界檢測內容，研究激光點云數據處理算法，開發相應的數據處理軟件，實現基于三維掃描技術的軌道交通車站站臺限界快速檢測，以滿足快速發展的軌道交通安全運輸需求。

發明內容

為解決現有技術存在的難題，本發明提供一種能夠快速、精準檢測車站站臺限界的基于三維激光掃描的軌道交通站臺限界快速檢測方法。

為此，本發明采用以下技術方案：

一種基于三維激光掃描的軌道交通站臺限界快速檢測方法，包括以下步驟：

S1，車站三維激光點云的獲取：利用自移動式三維激光掃描裝備獲取軌道、臨近車站站臺及周邊建筑物的三維激光點云數據；

S2，鋼軌三維激光點云的判識與提取：利用鋼軌點云坐標在自移動式三維激光掃描裝備坐標系統中相對穩定的幾何位置關系，進行鋼軌點云的自動識別提取；

S3，左右鋼軌三維模型的構建：利用步驟S2識別提取的鋼軌點云，結合鋼軌模型的幾何尺寸，采用點云擬合方式進行鋼軌模型的三維重建；

S4，線路中心線三維坐標計算：利用S3得到的左右鋼軌三維模型，基于線路設計參數的先驗知識，自動計算線路軌道中心線的三維坐標；

S5，車站站臺頂面與內側面的平面擬合：以站臺掃描獲得的激光點云數據為基礎，自動分割車站站臺頂面與內側面激光點云，并擬合出車站站臺外檐內側與頂部平面；

S6，車站站臺外檐邊緣線提取：根據S5中擬合出的車站站臺外檐內側與頂部平面，利用公式(5)中的平面相交算法，實現站臺外檐邊緣線提取計算，空間平面的幾何表達方式為(P，N)，其中P為平面上某點的三維坐標，N為平面的法向量；