一種基于車載激光雷達技術(shù)的鐵路既有線復(fù)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于車載激光雷達技術(shù)的鐵路既有線復(fù)測方法，1、在待測鐵路沿線每隔預(yù)設(shè)距離布設(shè)一個控制標(biāo)志；2、測量每個控制標(biāo)志中心點在鐵路工程坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)；3、獲取鐵路沿線中軌道、鐵路設(shè)備設(shè)施(如信號機、道岔、接觸網(wǎng)桿等)、鐵路周圍地形和控制標(biāo)志的激光點云數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)，并將影像數(shù)據(jù)的顏色賦給對應(yīng)的激光點云數(shù)據(jù)；4、利用控制標(biāo)志的位置坐標(biāo)作為參考點對獲取的彩色激光點云數(shù)據(jù)進行精度精化處理，從而去除彩色激光點云數(shù)據(jù)中的誤差；5、從經(jīng)過精度精化處理的彩色激光點云數(shù)據(jù)中提取鐵軌軌面線激光點數(shù)據(jù)；6、利用鐵軌軌面線激光點數(shù)據(jù)，恢復(fù)既有鐵路的線型。本發(fā)明在不影響鐵路運營的情況下，實現(xiàn)既有線信息的精確獲取。
【專利說明】
一種基于車載激光雷達技術(shù)的鐵路既有線復(fù)測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及鐵路既有線復(fù)測技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種基于車載激光雷達技術(shù)的鐵 路既有線復(fù)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在既有鐵路維護、管理及二線建設(shè)等工作中，為再現(xiàn)鐵路的既有線形，需要實施既 有線測量。
[0003] 目前，既有線測量主要以人工上道測量方法為主。近幾年，隨著鐵路大幅提速后， 車輛行車速度快、密度高，傳統(tǒng)的既有線測量方法施測存在較大的安全隱患，且測量效率 低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明就是針對上述技術(shù)問題，提供一種基于車載激光雷達技術(shù)的鐵路既有線復(fù) 測方法，該方法將車載激光雷達系統(tǒng)安裝于鐵路通勤車或軌檢車的車廂尾端進行掃描作 業(yè)。在不影響鐵路運營的情況下，實現(xiàn)既有鐵路信息(鐵路軌道線形）的精確獲取，代替人工 上道測量，極大的降低了野外工作量，大大縮短了測量周期，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效 益。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計的一種基于車載激光雷達技術(shù)的鐵路既有線復(fù)測 方法，其特征在于，它包括如下步驟：
[0006] 步驟1:在進行車載激光雷達掃描前，在待測鐵路沿線每隔預(yù)設(shè)距離布設(shè)一個控制 標(biāo)志；
[0007] 步驟2:并采用全站儀自由設(shè)站法測量每個控制標(biāo)志中心點在鐵路工程坐標(biāo)系下 的位置坐標(biāo)；
[0008] 步驟3:在待測鐵路沿線沿待測鐵路走向布設(shè)多個GPS基站，將車載激光雷達系統(tǒng) 安裝于鐵路通勤車或軌檢車上，沿鐵路進行掃描作業(yè)，獲取鐵路沿線中軌道、鐵路設(shè)備設(shè)施 (如信號機、道岔、接觸網(wǎng)桿等）、鐵路周圍地形和控制標(biāo)志的激光點云數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)，并 將影像數(shù)據(jù)的顏色賦給對應(yīng)的激光點云數(shù)據(jù)，形成彩色激光點云數(shù)據(jù)；
[0009] 步驟4:在計算機中利用控制標(biāo)志的位置坐標(biāo)作為參考點對獲取的彩色激光點云 數(shù)據(jù)進行精度精化處理，從而去除彩色激光點云數(shù)據(jù)中的誤差；
[0010] 步驟5:在計算機中從經(jīng)過精度精化處理的彩色激光點云數(shù)據(jù)中提取鐵軌軌面線 激光點數(shù)據(jù)；
[0011] 步驟6:在計算機中利用鐵軌軌面線激光點數(shù)據(jù)，恢復(fù)既有鐵路的線型。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0013] 1、作業(yè)員不上道作業(yè)，安全系數(shù)高；
[0014]設(shè)備安裝完成后，作業(yè)員只需在列車上對系統(tǒng)控制終端進行操作，區(qū)間內(nèi)作業(yè)員 只需完成基站的架設(shè)以及布標(biāo)的作業(yè)，無需上道作業(yè)，比之傳統(tǒng)作業(yè)方法安全性大大提高， 該優(yōu)勢隨著近幾年列車時速的不斷提高顯得越加明顯。
[0015] 2、作業(yè)時間段不受"天窗時間"限制；
[0016] 傳統(tǒng)的作業(yè)方法作業(yè)員因安全需要只能在"天窗時間"內(nèi)作業(yè)，而本發(fā)明方法可在 鐵路管理部門給定的任意時間內(nèi)工作。
[0017] 3、外業(yè)工作量大大減少，整體作業(yè)效率高；
[0018] 車載激光雷達系統(tǒng)的作業(yè)只需在測區(qū)內(nèi)完成基礎(chǔ)控制測量，激光雷達數(shù)據(jù)可真實 反映現(xiàn)場情況，這將使復(fù)測的外業(yè)工作量大大減少，整體作業(yè)效率大大提高。
[0019] 4、公務(wù)設(shè)備調(diào)查可靠度高，有可查依據(jù)。
[0020] 數(shù)碼影像成果真實記錄現(xiàn)場鐵路狀況以及公務(wù)設(shè)備情況，測量過程有據(jù)可查，復(fù) 測成果更加可靠。
[0021] 本發(fā)明通過車載激光雷達這一先進的測繪新技術(shù)，在不影響鐵路運營的情況下， 實現(xiàn)既有線信息的精確獲取，開創(chuàng)了一種基于車載激光雷達技術(shù)的既有線復(fù)測新方法。
【附圖說明】
[0022] 圖1為基于車載激光雷達技術(shù)的既有線復(fù)測方法流程圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明方法控制標(biāo)志的形狀尺寸示意圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明方法控制標(biāo)志的布設(shè)方法；
[0025] 圖4為本發(fā)明方法基于時間和位置的激光點云精度精化示意圖；
[0026] 圖中：1一控制標(biāo)志、2-控制標(biāo)志中心點、3-控制標(biāo)志點號。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0028]如圖1中所示的基于車載激光雷達技術(shù)的鐵路既有線復(fù)測方法，它包括如下步驟： [0029]步驟1:在進行車載激光雷達掃描前，在待測鐵路沿線每隔預(yù)設(shè)距離(預(yù)設(shè)為400m) 布設(shè)一個控制標(biāo)志1，如圖3所示；
[0030] 步驟2:并采用全站儀自由設(shè)站法測量每個控制標(biāo)志1中心點在鐵路工程坐標(biāo)系下 的位置坐標(biāo)；
[0031] 步驟3:在待測鐵路沿線沿待測鐵路走向布設(shè)多個GPS基站，將車載激光雷達系統(tǒng) 安裝于鐵路通勤車或軌檢車的車廂尾端，沿鐵路進行掃描作業(yè)，獲取鐵路沿線中軌道、鐵路 設(shè)備設(shè)施(如信號機、道岔、接觸網(wǎng)桿等）、鐵路周圍地形和控制標(biāo)志1的激光點云數(shù)據(jù)和影 像數(shù)據(jù)，并將影像數(shù)據(jù)的顏色賦給對應(yīng)的激光點云數(shù)據(jù)，形成彩色激光點云數(shù)據(jù)；
[0032] 步驟4:在計算機中利用控制標(biāo)志1的位置坐標(biāo)作為參考點對獲取的彩色激光點云 數(shù)據(jù)進行精度精化處理，從而去除彩色激光點云數(shù)據(jù)中的誤差；
[0033]步驟5:在計算機中從經(jīng)過精度精化處理的彩色激光點云數(shù)據(jù)中提取鐵軌軌面線 激光點數(shù)據(jù)；
[0034] 步驟6:在計算機中利用鐵軌軌面線激光點數(shù)據(jù)，恢復(fù)既有鐵路的線型。
[0035] 上述技術(shù)方案的步驟4中利用控制標(biāo)志1的位置坐標(biāo)作為參考點對獲取的彩色激 光點云數(shù)據(jù)進行精度精化處理的具體方法包括如下步驟：
[0036]步驟401:將彩色激光點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機的點云數(shù)據(jù)處理軟件中，并以強度形式 顯不點Ζ5Γ ;
[0037]步驟402:在強度顯示模式下，打開點云數(shù)據(jù)處理軟件(terrasolid軟件）的鼠標(biāo)調(diào) 整工具(Mouse Point Adjustment)，并設(shè)置為選取最近點模式，通過人工判讀，基于計算機 輔助設(shè)計軟件(microstation軟件）的智能線工具(Smart Line)沿控制標(biāo)志1表面的水平特 征線進行跟蹤，繪制出水平特征線，然后打開點云數(shù)據(jù)處理軟件(terraso 1 id軟件）的基于 線分類工具(By Centerline)，提取出平面距離水平特征線小于lcm且高差也小于lcm的激 光點作為備選點，點云數(shù)據(jù)處理軟件中的線擬合工具(Fit Linear Element)對備選點進行 精確擬合，得到精確的水平特征線；
[0038] 步驟403:通過人眼判讀，基于計算機輔助設(shè)計軟件(microstation軟件)軟件的智 能線工具(Smart Line)沿控制標(biāo)志1表面的垂直特征線進行跟蹤，繪制出垂直特征線，然后 打開點云數(shù)據(jù)處理軟件（terrasolid軟件）的基于線分類工具(By Centerline)，提取出平 面距離垂直特征線小于lcm且高差也小于lcm的激光點作為備選點，點云數(shù)據(jù)處理軟件中的 線擬合工具(Fit Linear Element)對備選點進行精確擬合，得到精確的垂直特征線；水平 特征線和垂直特征線的交點為控制標(biāo)志1的激光點云坐標(biāo)；
[0039] 步驟404:計算步驟403得到的每個控制標(biāo)志1的激光點云坐標(biāo)與步驟2中全站儀測 量的控制標(biāo)志1位置坐標(biāo)之差；
[0040]步驟405:設(shè)A點和B點為在時間上與激光點P最近的兩個控制標(biāo)志1，激光點P對應(yīng) 的GPS時間為t，A點和B點對應(yīng)的GPS時間分別為tjPt2,記扣1 =卜仏扣2 =七2-1設(shè)與？最近 的三個控制標(biāo)志（1)為A、B、C，即P位于以A、B、C為頂點的三角形內(nèi)。（ Xi，yi，Zi)為A、B、C的激 光點云三維坐標(biāo)(i = 1，2，3)，（dxi，dyi，dzi)為A、B、C的激光點云坐標(biāo)與控制標(biāo)志（1)實測坐 標(biāo)在三個方向上的差值(i = 1，2，3)，即為步驟404得到的坐標(biāo)之差，（X，y，z)為P點的激光點 云三維坐標(biāo)，（dx，dy，dz)為P點的三維坐標(biāo)改正數(shù)；
[0041 ] 記((^_，(15^1116，(121^)為基于時間線性內(nèi)插得到的？點的坐標(biāo)改正數(shù)，（(^ 1)。3：11^。11， dyposition，dzposition)為基于三角面內(nèi)插得到的P點的坐標(biāo)改正值，即：
[0044]將上述公式1和公式2求加權(quán)和，并預(yù)設(shè)權(quán)值為0.5,得到激光點P的最終坐標(biāo)改正 數(shù)：
[0046]步驟406:利用上述最終坐標(biāo)改正數(shù)對獲取的彩色激光點云數(shù)據(jù)進行修正，即修正 彩色激光點云數(shù)據(jù)中的每個激光點進行修正，實現(xiàn)彩色激光點云數(shù)據(jù)的精度精化處理。 [0047]上述技術(shù)方案的步驟5中，在計算機中從經(jīng)過精度精化處理的彩色激光點云數(shù)據(jù) 中提取鐵軌軌面線激光點數(shù)據(jù)的具體方法包括如下步驟：
[0048]步驟501:通過人工判讀方式，并依據(jù)顏色、強度及幾何形狀信息對彩色激光點云 數(shù)據(jù)中的軌面位置進行判別，并得到軌道的剖面圖；
[0049] 步驟502 :使用點云數(shù)據(jù)處理軟件（terrasolid軟件）中的鼠標(biāo)調(diào)整工具(Mouse Point Adjustment)，并設(shè)置為選取最近點模式，通過人工判讀，基于計算機輔助設(shè)計軟件 (microstation)的智能線工具(Smart Line)在剖面圖上沿著軌面最高點對軌道進行跟蹤， 形成粗略軌面線；
[0050] 步驟503 :使用點云數(shù)據(jù)處理軟件（terrasol id軟件）的基于線分類工具（By Centerline)，提取出平面距離水平特征線小于3cm且高差也小于lcm的激光點作為備選點； [0051 ] 步驟504:使用點云數(shù)據(jù)處理軟件（terrasolid軟件）的線擬合工具(Fit Linear Element)利用步驟503得到的備選點對軌面線進行樣條曲線擬合，形成最終的精確軌面線。
[0052] 上述技術(shù)方案的步驟6中，利用鐵軌軌面線激光點數(shù)據(jù)，恢復(fù)既有鐵路線型包括恢 復(fù)平面曲線參數(shù)和恢復(fù)縱斷面坡度參數(shù)；
[0053] 其中，利用鐵軌軌面線激光點數(shù)據(jù)，恢復(fù)既有鐵路平面曲線參數(shù)包括如下步驟： [0054]步驟601:按預(yù)設(shè)間隔如10m沿鐵路順序提取車載激光雷達掃描產(chǎn)生的鋼軌頂面中 心點坐標(biāo){Yi，Xi};
[0055] 步驟602:根據(jù)鐵路線路的線性特性，對全部鋼軌頂面中心點坐標(biāo){Yi，Xi}進行數(shù)據(jù) 分析，劃分各個直線段和曲線段的范圍，即各直線段和曲線段所包含的坐標(biāo)點{YuXih其中 直線段按直線進行最小二乘擬合，初步獲得直線的位置參數(shù)，曲線段按圓進行最小二乘擬 合，初步獲得圓曲線半徑，并將直線和圓曲線向軌道中心平移預(yù)設(shè)距離，優(yōu)選為〇. 75m;
[0056] 步驟603:相鄰的直線相交組成一個曲線，按設(shè)計鐵路線路設(shè)計規(guī)范配設(shè)緩和曲線 后，進行撥量優(yōu)化計算，確定直線與緩和曲線的交點ZH，緩和曲線與圓曲線的交點HY，圓曲 線與緩和曲線的交點YH，緩和曲線與直線的交點HZ的里程，即重新劃分鐵路線路中直線和 圓曲線范圍；
[0057]步驟604:步驟602和步驟603，直到直線和曲線范圍不變?yōu)橹?，相?yīng)地，確定最優(yōu)的 圓曲線半徑后，直緩、緩圓、圓緩、緩直的交點坐標(biāo)以及曲線偏角、緩長即為定值；
[0058] 利用鐵軌軌面線激光點數(shù)據(jù)，恢復(fù)線路縱斷面坡度參數(shù)包括如下步驟：
[0059] 步驟6001:按預(yù)設(shè)密度沿鐵路順序提取車載激光雷達系統(tǒng)掃描產(chǎn)生的內(nèi)側(cè)鋼軌頂 面中心點坐標(biāo){Yi，Xi}和對應(yīng)高程{Hi};
[0060] 步驟6002:在擬合的線路平面參數(shù)基礎(chǔ)上，計算各{Y^Xi}點的投影里程{Ki}，對全 部{1,?}進行數(shù)據(jù)分析，在滿足鐵路線路設(shè)計規(guī)范有關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上，劃分坡段范圍，各坡 段分別按直線進行最小二乘擬合，獲得坡度數(shù)據(jù)，相鄰坡段的交點即為變坡點，然后根據(jù)坡 度差和既有軌面高程配置豎曲線。
[0061] 上述技術(shù)方案的步驟1中，所述控制標(biāo)志1用高強度免釘膠貼在鐵路兩側(cè)的接觸網(wǎng) 桿上，并使控制標(biāo)志1無遮擋的面向鐵路。所述控制標(biāo)志1的安裝位置需要保證視野開闊、對 天空通視情況良好，高度角15度以上無成片障礙物。
[0062] 上述技術(shù)方案的步驟1中，所述控制標(biāo)志1交錯分布在鐵路兩側(cè)，相鄰兩個控制標(biāo) 志1的間距范圍為400m。每個控制標(biāo)志1均采用5mm厚PVC板噴繪并覆亞膜，如圖2所述，大小 為30cm X 30cm;每個控制標(biāo)志1均具有控制標(biāo)志中心點1和控制標(biāo)志點號3?？刂茦?biāo)志1應(yīng)能 長期保存，且不干擾火車運行。
[0063] 上述技術(shù)方案的步驟2中，采用全站儀自由設(shè)站法測量每個控制標(biāo)志1中心點在鐵 路工程坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)時，先基于鐵路控制網(wǎng)成果做后方交會為測站定向，然后前方 交會測量控制標(biāo)志1中心坐標(biāo)，每個控制標(biāo)志1變換測站位置測量兩次，取平均值作為控制 標(biāo)志1中心的實測坐標(biāo)。
[0064]上述技術(shù)方案的步驟3中，在鐵路車載激光雷達掃描中，為保證差分測量精度，相 鄰兩個GPS基站的間距相等，且間距范圍均為6~8km。
[0065]上述技術(shù)方案中，所述每個GPS基站設(shè)置在對應(yīng)的鐵路基礎(chǔ)控制點上。
[0066]上述技術(shù)方案中，所述每個GPS基站離大功率無線電發(fā)射臺（如電視塔、微波站等） 的距離大于200m，每個GPS基站至高壓輸電線的距離大于50m。
[0067]上述技術(shù)方案的步驟3中，設(shè)置激光雷達系統(tǒng)的參數(shù)時，應(yīng)該考慮測區(qū)范圍以及點 云的密度。測區(qū)范圍可根據(jù)區(qū)段內(nèi)最寬的鐵路防護網(wǎng)確定，保證激光點云能覆蓋防護網(wǎng)內(nèi) 部的所有空間，且不存在遮擋。點云密度和行車速度密切相關(guān)，可以按儀器廠商要求控制行 車速度，確保掃描點云的間距在2 cm左右，假設(shè)激光雷達系統(tǒng)有兩個激光掃描頭，則點云間 距與行車速度的關(guān)系為
_(D為點云間距，V為行車速度，S為掃描頻率）。為保證車載激光 雷達原始數(shù)據(jù)的質(zhì)量，須將車速控制在30km/h左右，且盡可能勻速行駛。進行激光雷達掃描 作業(yè)時，同步采集高密度的點云數(shù)據(jù)和高分辨率的數(shù)碼影像，后者可以用于生成真彩色點 云數(shù)據(jù)。
[0068]掃描完成后，進行數(shù)據(jù)處理，包括三步：
[0069] 1、利用車載激光掃描儀上的GPS與同步的地面基站數(shù)據(jù)進行差分，解算出高精度 的航跡文件；
[0070] 2、基于航跡文件，生成原始點云數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)；
[0071] 3、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換?；诨A(chǔ)控制網(wǎng)資料，將點云數(shù)據(jù)從WGS84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到工程坐標(biāo) 系，平面坐標(biāo)采用CGCS2000坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)采用1985高程基準(zhǔn)。
[0072]上述技術(shù)方案的406中，點云坐標(biāo)的誤差主要來自GPS和頂U的測量誤差，后者與陀 螺儀本身的精度有關(guān)，為不可控因素，而前者可以分為與時間有關(guān)的誤差(如星歷誤差、太 陽風(fēng)暴的影響等)和與位置有關(guān)的誤差(如大氣折射誤差、多路徑效應(yīng)、周邊磁場影響）。因 此，我們可以從時間與位置兩方面對激光雷達點云數(shù)據(jù)進行精度精化。
[0073]本說明書未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于車載激光雷達技術(shù)的鐵路既有線復(fù)測方法，其特征在于，它包括如下步驟： 步驟1:在進行車載激光雷達掃描前，在待測鐵路沿線每隔預(yù)設(shè)距離布設(shè)一個控制標(biāo)志 (1); 步驟2:并采用全站儀自由設(shè)站法測量每個控制標(biāo)志（1)中屯、點在鐵路工程坐標(biāo)系下的 位置坐標(biāo)； 步驟3:在待測鐵路沿線沿待測鐵路走向布設(shè)多個GPS基站，將車載激光雷達系統(tǒng)安裝 于鐵路通勤車或軌檢車上，沿鐵路進行掃描作業(yè)，獲取鐵路沿線中軌道、鐵路設(shè)備設(shè)施、鐵 路周圍地形和控制標(biāo)志（1)的激光點云數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)，并將影像數(shù)據(jù)的顏色賦給對應(yīng)的 激光點云數(shù)據(jù)，形成彩色激光點云數(shù)據(jù)； 步驟4:在計算機中利用控制標(biāo)志（1)的位置坐標(biāo)作為參考點對獲取的彩色激光點云數(shù) 據(jù)進行精度精化處理，從而去除彩色激光點云數(shù)據(jù)中的誤差； 步驟5:在計算機中從經(jīng)過精度精化處理的彩色激光點云數(shù)據(jù)中提取鐵軌軌面線激光 點數(shù)據(jù)； 步驟6:在計算機中利用鐵軌軌面線激光點數(shù)據(jù)，恢復(fù)既有鐵路的線型。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于車載激光雷達技術(shù)的鐵路既有線復(fù)測方法，其特征在于： 所述步驟4中利用控制標(biāo)志（1)的位置坐標(biāo)作為參考點對獲取的彩色激光點云數(shù)據(jù)進行精 度精化處理的具體方法包括如下步驟： 步驟401:將彩色激光點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機的點云數(shù)據(jù)處理軟件中，并W強度形式顯示 點云； 步驟402:在強度顯示模式下，打開點云數(shù)據(jù)處理軟件的鼠標(biāo)調(diào)整工具，并設(shè)置為選取 最近點模式，通過人工判讀，基于計算機輔助設(shè)計軟件的智能線工具沿控制標(biāo)志（1)表面的 水平特征線進行跟蹤，繪制出水平特征線，然后打開點云數(shù)據(jù)處理軟件的基于線分類工具， 提取出平面距離水平特征線小于1cm且高差也小于1cm的激光點作為備選點，點云數(shù)據(jù)處理 軟件中的線擬合工具對備選點進行擬合，得到水平特征線； 步驟403 :通過人眼判讀，基于計算機輔助設(shè)計軟件軟件的智能線工具沿控制標(biāo)志（1) 表面的垂直特征線進行跟蹤，繪制出垂直特征線，然后打開點云數(shù)據(jù)處理軟件的基于線分 類工具，提取出平面距離垂直特征線小于1cm且高差也小于1cm的激光點作為備選點，點云 數(shù)據(jù)處理軟件中的線擬合工具對備選點進行擬合，得到垂直特征線；水平特征線和垂直特 征線的交點為控制標(biāo)志（1)的激光點云坐標(biāo)； 步驟404:計算步驟403得到的每個控制標(biāo)志（1)的激光點云坐標(biāo)與步驟2中全站儀測量 的控制標(biāo)志（1)位置坐標(biāo)之差； 步驟405:設(shè)A點和B點為在時間上與激光點P最近的兩個控制標(biāo)志（1)，激光點P對應(yīng)的 GPS時間為t，A點和B點對應(yīng)的GPS時間分別為ti和t2,記化1 = *-心化=*2-*，設(shè)與？最近的 Ξ個控制標(biāo)志（1)為A、B、C，即P位于WA、B、C為頂點的Ξ角形內(nèi)。（xi，yi，zi)為A、B、C的激光 點云Ξ維坐標(biāo)(i = 1，2，3)，（dxi，dyi，dzi)為A、B、C的激光點云坐標(biāo)與控制標(biāo)志（1)實測坐標(biāo) 在Ξ個方向上的差值(i = l，2,3)，即為步驟404得到的坐標(biāo)之差，（x，y，z)為P點的激光點云 Ξ維坐標(biāo)，（dx，dy，dz)為P點的Ξ維坐標(biāo)改正數(shù)； 記（dxtime，dytime，dztime)為基于時間線性內(nèi)插得到的P點的坐標(biāo)改正數(shù)，（dXposition, dyposition，dZposition)為基于Ξ角面內(nèi)插得到的P點的坐標(biāo)改正值，即：步驟406:利用上述最終坐標(biāo)改正數(shù)對獲取的彩色激光點云數(shù)據(jù)進行修正，即修正彩色 激光點云數(shù)據(jù)中的每個激光點進行修正，實現(xiàn)彩色激光點云數(shù)據(jù)的精度精化處理。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于車載激光雷達技術(shù)的鐵路既有線復(fù)測方法，其特征在于： 所述步驟5中，在計算機中從經(jīng)過精度精化處理的彩色激光點云數(shù)據(jù)中提取鐵軌軌面線激 光點數(shù)據(jù)的具體方法包括如下步驟： 步驟501:通過人工判讀方式，并依據(jù)顏色、強度及幾何形狀信息對彩色激光點云數(shù)據(jù) 中的軌面位置進行判別，并得到軌道的剖面圖； 步驟502:使用點云數(shù)據(jù)處理軟件中的鼠標(biāo)調(diào)整工具，并設(shè)置為選取最近點模式，通過 人工判讀，基于計算機輔助設(shè)計軟件的智能線工具在剖面圖上沿著軌面最高點對軌道進行 跟蹤，形成粗略軌面線； 步驟503:使用點云數(shù)據(jù)處理軟件的基于線分類工具，提取出平面距離水平特征線小于 3cm且高差也小于1cm的激光點作為備選點； 步驟504:使用點云數(shù)據(jù)處理軟件的線擬合工具利用步驟503得到的備選點對軌面線進 行樣條曲線擬合，形成最終的精確軌面線。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于車載激光雷達技術(shù)的鐵路既有線復(fù)測方法，其特征在于： 步驟6中，利用鐵軌軌面線激光點數(shù)據(jù)，恢復(fù)既有鐵路線型包括恢復(fù)平面曲線參數(shù)和恢復(fù)縱 斷面坡度參數(shù)； 其中，利用鐵軌軌面線激光點數(shù)據(jù)，恢復(fù)既有鐵路平面曲線參數(shù)包括如下步驟： 步驟601:按預(yù)設(shè)間隔沿鐵路順序提取車載激光雷達掃描產(chǎn)生的鋼軌頂面中屯、點坐標(biāo) 化，Xi}; 步驟602:根據(jù)鐵路線路的線性特性，對全部鋼軌頂面中屯、點坐標(biāo){Υι，Χι}進行數(shù)據(jù)分 析，劃分各個直線段和曲線段的范圍，即各直線段和曲線段所包含的坐標(biāo)點{Υι，Χι};其中直 線段按直線進行最小二乘擬合，初步獲得直線的位置參數(shù)，曲線段按圓進行最小二乘擬合， 初步獲得圓曲線半徑，并將直線和圓曲線向軌道中屯、平移預(yù)設(shè)距離； 步驟603:相鄰的直線相交組成一個曲線，按設(shè)計鐵路線路設(shè)計規(guī)范配設(shè)緩和曲線后， 進行撥量優(yōu)化計算，確定直線與緩和曲線的交點ΖΗ，緩和曲線與圓曲線的交點ΗΥ，圓曲線與 緩和曲線的交點ΥΗ，緩和曲線與直線的交點ΗΖ的里程，即重新劃分鐵路線路中直線和圓曲 線范圍； 步驟604:步驟602和步驟603，直到直線和曲線范圍不變?yōu)橹梗鄳?yīng)地，確定最優(yōu)的圓曲 線半徑后，直緩、緩圓、圓緩、緩直的交點坐標(biāo)W及曲線偏角、緩長即為定值； 利用鐵軌軌面線激光點數(shù)據(jù)，恢復(fù)線路縱斷面坡度參數(shù)包括如下步驟： 步驟6001:按預(yù)設(shè)密度沿鐵路順序提取車載激光雷達系統(tǒng)掃描產(chǎn)生的內(nèi)側(cè)鋼軌頂面中 屯、點坐標(biāo){Yi，Xi巧日對應(yīng)高程化i}; 步驟6002:在擬合的線路平面參數(shù)基礎(chǔ)上，計算各{Υι，Χι}點的投影里程化i}，對全部 化1，出}進行數(shù)據(jù)分析，在滿足鐵路線路設(shè)計規(guī)范有關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上，劃分坡段范圍，各坡段 分別按直線進行最小二乘擬合，獲得坡度數(shù)據(jù)，相鄰坡段的交點即為變坡點，然后根據(jù)坡度 差和既有軌面高程配置豎曲線。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于車載激光雷達技術(shù)的鐵路既有線復(fù)測方法，其特征在于： 所述步驟1中，所述控制標(biāo)志（1)貼在鐵路兩側(cè)的接觸網(wǎng)桿上，并使控制標(biāo)志（1)無遮擋的面 向鐵路。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于車載激光雷達技術(shù)的鐵路既有線復(fù)測方法，其特征在于： 所述步驟1中，所述控制標(biāo)志（1)交錯分布在鐵路兩側(cè)，相鄰兩個控制標(biāo)志（1)的間距范圍為 400m。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于車載激光雷達技術(shù)的鐵路既有線復(fù)測方法，其特征在于： 所述步驟2中，采用全站儀自由設(shè)站法測量每個控制標(biāo)志（1)中屯、點在鐵路工程坐標(biāo)系下的 位置坐標(biāo)時，先基于鐵路控制網(wǎng)成果做后方交會為測站定向，然后前方交會測量控制標(biāo)志 (1)中屯、坐標(biāo)，每個控制標(biāo)志（1)變換測站位置測量兩次，取平均值作為控制標(biāo)志（1)中屯、的 實測坐標(biāo)。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于車載激光雷達技術(shù)的鐵路既有線復(fù)測方法，其特征在于： 所述步驟3中，在待測鐵路沿線沿待測鐵路走向布設(shè)多個GPS基站，將車載激光雷達系統(tǒng)安 裝于鐵路通勤車或軌檢車上，沿鐵路進行掃描作業(yè)； 所述步驟3中，相鄰兩個GI^基站的間距相等，且間距范圍均為6~8km。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于車載激光雷達技術(shù)的鐵路既有線復(fù)測方法，其特征在于： 所述每個GPS基站設(shè)置在對應(yīng)的鐵路基礎(chǔ)控制點上。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于車載激光雷達技術(shù)的鐵路既有線復(fù)測方法，其特征在 于:所述每個GPS基站離大功率無線電發(fā)射臺的距離大于200m，每個GPS基站至高壓輸電線 的距離大于50m。
【文檔編號】E01B35/12GK106087621SQ201610377269
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】李海亮, 馮光東, 熊國華, 郭良浩, 湯建鳳, 胡玉雷, 劉冰洋, 劉善勇, 朱雪峰, 劉志友, 徐雪花
【申請人】中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司