本發(fā)明屬于軌道板精調(diào)，尤其涉及一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的軌道板精調(diào)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著裝配式建造方法在城市軌道交通中的應(yīng)用開(kāi)展，預(yù)制軌道板整體道床在城市軌道交通中的占比越來(lái)越高。預(yù)制軌道板傳統(tǒng)的精調(diào)方法是，施工人員利用全站儀和cpⅲ控制網(wǎng)定位，再通過(guò)反射棱鏡一個(gè)一個(gè)的確定軌道板四個(gè)角的位置，計(jì)算出需要精調(diào)的距離，經(jīng)過(guò)幾次測(cè)量和精調(diào)才能完成整個(gè)軌道板的精調(diào)作業(yè)，整個(gè)精調(diào)過(guò)程耗費(fèi)大量人工成本和時(shí)間成本，且精調(diào)的精度受施工人員讀數(shù)影響較大。目前市面上也有一些智能化的精調(diào)設(shè)備，現(xiàn)有技術(shù)(cn118065189a)公開(kāi)了一種智能預(yù)制軌道板精調(diào)系統(tǒng)及精調(diào)方法，但是該方法需要用到4個(gè)光學(xué)發(fā)射器和8個(gè)接收器，需要購(gòu)買和放置的設(shè)備較多，精調(diào)過(guò)程仍舊繁瑣，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)同時(shí)結(jié)合優(yōu)化算法的新型的軌道板精調(diào)方法，無(wú)需架設(shè)過(guò)多設(shè)備即可高效快捷地完成軌道板精調(diào)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的軌道板精調(diào)方法，利用三維激光掃描非接觸、數(shù)據(jù)采樣率高、精度高等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)激光不間斷的掃描，得到隧道內(nèi)三維點(diǎn)云實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，再采用優(yōu)化算法計(jì)算，得到高精度的軌道板精調(diào)量，解決了傳統(tǒng)精調(diào)過(guò)程繁瑣、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、讀數(shù)精度低等問(wèn)題。

2、本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

3、一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的軌道板精調(diào)方法，精調(diào)方法基于測(cè)量設(shè)備以及cp?？刂凭W(wǎng)定位系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，測(cè)量設(shè)備包括激光掃描儀、控制中心、三腳架，激光掃描儀用于360度掃描隧道，生成3d點(diǎn)云數(shù)據(jù)，控制中心用于接收激光掃描儀生成的3d點(diǎn)云數(shù)據(jù)并完成數(shù)據(jù)處理工作；三腳架用于固定測(cè)量設(shè)備，精調(diào)方法包括如下過(guò)程：

4、步驟1：利用cp?？刂凭W(wǎng)定位系統(tǒng)，當(dāng)軌道板粗放到位時(shí)，在軌道板前方架設(shè)激光掃描儀；

5、步驟2：激光掃描儀掃描生成當(dāng)前隧道內(nèi)測(cè)量設(shè)備360度方向的3d點(diǎn)云數(shù)據(jù)并傳遞至控制中心；

6、步驟3：控制中心將3d點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理以及去噪操作，獲得高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)ppart；

7、步驟4：控制中心通過(guò)優(yōu)化算法識(shí)別并計(jì)算出軌道板上平面四點(diǎn)實(shí)時(shí)相對(duì)坐標(biāo)以及四個(gè)光學(xué)棱鏡控制點(diǎn)相對(duì)坐標(biāo)，結(jié)合光學(xué)棱鏡控制點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的絕對(duì)坐標(biāo)得到坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣，通過(guò)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系之后，獲取軌道板上平面四點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)；

8、步驟5：根據(jù)軌道板上平面四點(diǎn)在絕對(duì)坐標(biāo)系中的設(shè)計(jì)坐標(biāo)和實(shí)際坐標(biāo)，計(jì)算出每一個(gè)點(diǎn)需要精調(diào)的位移量；

9、步驟6：控制中心將實(shí)時(shí)得到的需要精調(diào)的位移量發(fā)送至智能精調(diào)設(shè)備，完成精調(diào)作業(yè)。

10、進(jìn)一步地，所述控制中心采用pcl隨機(jī)采樣一致性算法識(shí)別并計(jì)算出軌道板上平面四點(diǎn)實(shí)時(shí)相對(duì)坐標(biāo)，具體過(guò)程如下：

11、根據(jù)平面公式在點(diǎn)云數(shù)據(jù)ppart中隨機(jī)采樣三個(gè)點(diǎn)，擬合參數(shù)，確定平面，通過(guò)pcl隨機(jī)采樣一致性算法循環(huán)計(jì)算，最終得到多個(gè)平面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，其中，點(diǎn)云數(shù)量最多的平面，即為所需要的軌道板上表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)pplane；由于軌道板尺寸固定，根據(jù)軌道板上表面外輪廓的幾何關(guān)系構(gòu)建四條直線函數(shù)，再計(jì)算點(diǎn)云數(shù)據(jù)pplane內(nèi)所有的點(diǎn)到四條直線距離之和，其中求和最小值的函數(shù)即為軌道板上表面的外輪廓，進(jìn)而得到軌道板上平面四點(diǎn)實(shí)時(shí)相對(duì)坐標(biāo)信息為：c1(xc1,yc1,zc1)，c2(xc2,yc2,zc2)，c3(xc3,yc3,zc3)，c4(xc4,yc4,zc4)。

12、進(jìn)一步地，所述控制中心采用pcl隨機(jī)采樣一致性算法識(shí)別并計(jì)算出四個(gè)光學(xué)棱鏡控制點(diǎn)相對(duì)坐標(biāo)，具體過(guò)程如下：

13、用點(diǎn)云數(shù)據(jù)ppart除去點(diǎn)云數(shù)據(jù)pplane，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)ppart2，其包含了光學(xué)棱鏡點(diǎn)云和其他干擾點(diǎn)云；根據(jù)球面公式隨機(jī)采樣，擬合參數(shù)，確定球面，通過(guò)pcl隨機(jī)采樣一致性算法循環(huán)計(jì)算，最終得到4個(gè)球面點(diǎn)云數(shù)據(jù)psphere；由于光學(xué)棱鏡球面尺寸已知，將四個(gè)球面分別計(jì)算，得到四個(gè)球面的外輪廓信息，進(jìn)而得到四個(gè)光學(xué)棱鏡控制點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)分別為：s1(xs1,ys1,zc1)，s2(xs2,ys2,zs2)，s3(xs3,ys3,zs3)，s4(xs4,ys4,zs4)。

14、進(jìn)一步地，所述獲取軌道板上平面四個(gè)角的實(shí)際坐標(biāo)的具體過(guò)程如下：

15、根據(jù)cp?？刂凭W(wǎng)定位系統(tǒng)，得到四個(gè)光學(xué)棱鏡控制點(diǎn)在現(xiàn)實(shí)空間中的絕對(duì)坐標(biāo)為：sr1(xsr1,ysr1,zcr1)，sr2(xsr2,ysr2,zsr2)，sr3(xsr3,ysr3,zsr3)，sr4(xsr4,ysr4,zsr4)，軌道板上平面四點(diǎn)在絕對(duì)坐標(biāo)系中的設(shè)計(jì)坐標(biāo)為：cr1(xcr1,ycr1,zcr1)，cr2(xcr2,ycr2,zcr2)，cr3(xcr3,ycr3,zcr3)，cr4(xcr4,ycr4,zcr4)；根據(jù)光學(xué)棱鏡控制點(diǎn)相對(duì)坐標(biāo)和絕對(duì)坐標(biāo)得到坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣，通過(guò)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系之后，獲取軌道板上平面四點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)為：c′1(x′c1,y′c1,z′c1)，c′2(x′c2,y′c2,z′c2)，c′3(x′c3,y′c3,z′c3)，c′4(x′c4,y′c4,z′c4)。

16、進(jìn)一步地，所述步驟5中，軌道板上平面四點(diǎn)中，每個(gè)點(diǎn)在x、y、z三軸上需要精調(diào)的位移量分別為：x′ck-xcrk，y′ck-ycrk，z′ck-zcrk，其中，k＝1,2,3,4。

17、進(jìn)一步地，所述激光掃描儀掃描獲得的全部點(diǎn)云數(shù)據(jù)pall包括地面、軌道板、隧道壁、光學(xué)棱鏡和噪聲點(diǎn)，控制中心在去噪處理之前，首先根據(jù)以隧道寬度方向?yàn)閤軸、以隧道長(zhǎng)度方向?yàn)閥軸、以隧道高度方向?yàn)閦軸的空間坐標(biāo)系上的空間坐標(biāo)信息，去除z軸上高度小于200mm的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，即去除地面點(diǎn)云數(shù)據(jù)和軌道板高度一半以下的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；再將剩下的點(diǎn)云數(shù)據(jù)沿x軸方向切割分區(qū)，每10mm寬度為一個(gè)分區(qū)，然后刪除每個(gè)分區(qū)內(nèi)z軸數(shù)值最大的點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及z軸最大數(shù)值以下10mm范圍內(nèi)的全部點(diǎn)云數(shù)據(jù)，即去除隧道壁的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

18、進(jìn)一步地，所述控制中心針對(duì)激光掃描儀掃描獲得的全部點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪聲點(diǎn)的處理，利用雙邊濾波法，具體如下：

19、p′i＝pi+α*ni

20、其中，pi為去噪前的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的任一點(diǎn)，p′i為去噪處理之后的點(diǎn)，ni為pi的法向量，α為點(diǎn)pi的偏移量，其計(jì)算公式如下：

21、

22、其中，j＝1,2……n，表示i點(diǎn)周圍的n個(gè)鄰域點(diǎn)，點(diǎn)pj為點(diǎn)pi的鄰域點(diǎn)集，<ni，pi-pj>為向量ni和pi-pj的內(nèi)積，ws(x)是特征域權(quán)重，wc(x)是空間域權(quán)重，兩個(gè)權(quán)重的具體計(jì)算公式如下：

23、

24、其中，δs為點(diǎn)pi到鄰域歐幾里得距離的高斯權(quán)重，δc為點(diǎn)pi到鄰域切平面距離的高斯權(quán)重。

25、本發(fā)明具有如下有益效果：

26、利用本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)軌道板自動(dòng)化精調(diào)，只需一臺(tái)三維激光掃描儀，無(wú)需另行安裝接收器，便可得到軌道板精調(diào)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，減少了設(shè)備和人工的前期投入，本發(fā)明還采用優(yōu)化算法計(jì)算得到高精度的軌道板精調(diào)量，保證了精調(diào)的準(zhǔn)確性，提高了軌道板精調(diào)的施工效率。