技术领域
[0001] 本
发明涉及高
铁建设运营技术领域，具体涉及一种基于高精度车载移动测量系统无咋轨道资产台账调查方法。
背景技术
[0002] 到2020年，我国铁路营业里程将达到12万km以上，其中高速铁路为1.6万km。要对这些既有线路实施资产台账调查管理工作无疑是个庞大的工程，目前铁路相关部
门采用传统人工调查作业方式来进行管理，其具有低效率和人员管理培训繁琐等缺点，如何利用现有新技术辅助高铁无咋轨道资产台账调查也成为亟待研究的热点。
[0003] 三维激光扫描技术又称“实景复制技术”，它通过激光扫描测量方法快速获取被测对象表面的三维坐标数据及其他关键信息。三维激光扫描技术以其突破了常规测量的单点采集模式，具有非
接触、效率高等优势，为既有线路资产台账调查管理工作提供了一种新的思路和技术手段。
[0004] 车载
激光雷达系统通过在移动平台上搭载激光
扫描仪获取被测目标的高精度、高
密度激光点
云数据，代表测量技术最新发展趋势。国内未出现采用高精度车载移动测量系统进行既有线路实施资产台账调查管理工作的文献。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种基于高精度车载移动测量系统无咋轨道资产台账调查方法，实现根据三维激光点云分类无咋轨道各类型板
块并计算相关属性，进行既有线路资产台账调查管理工作，解决高精度车载移动测量系统这种新技术在既有线路资产台账调查管理过程中的自动化和测量成果快速输出关键问题。
[0006] 本发明所采用的技术方案为：
[0007] 基于高精度车载移动测量系统无咋轨道资产台账调查方法，其特征在于：
[0008] 包括以下步骤：
[0009] 1)采集外业数据：RMMS高精度车载移动测量系统采集铁路沿线的点云数据、导航数据以及线激光数据；
[0010] 2)解算融合点云数据；
[0011] 3)线激光数据解算；
[0013] 5)半自动添加轨道板：；提供
人机交互工具提取轨道板，该步骤的数据为既有线路资产台账调查管理
基础；
[0014] 6)轨道板参数信息自动提取：基于线激光提取轨道板相关参数信息的
算法为提取轨道板填充层厚度、底层设备厚度、轨道板接缝起始里程以及轨道板终止里程四个参数；
[0015] 7)为轨道板编号；
[0016] 8)数据检查：检测轨道板的相关参数以及编号信息；
[0017] 9)数据编辑：检测轨道板的
属性信息或者编号有误，则按照提供的人工交互工具重新编辑相关参数；
[0018] 10)成果数据输出：按照预先设计的格式自动输出CRTSⅠ型板式无砟道床、CRTSII型板式无砟道床、CRTSⅢ型板式无砟道床、双块式无砟道床、岔区埋入式、岔区板式无砟轨道的设备管理单元。
[0019] 步骤2)的具体过程如下：
[0020] 步骤2.1解算POS数据：将GPS、DMI以及DMR数据进行组合导航解算成POS信息，其他包括路基、
桥梁采用IE解算
软件解算POS数据；
[0021] 步骤2.2点云数据融合：将扫描仪扫描的三维激光点云与步骤2.1中解算的POS数据融合，得到带有绝对坐标的三维激光点云数据。
[0022] 步骤3)的具体过程如下：
[0023] 步骤3.1解算POS数据：将GPS、DMI以及DMR数据进行组合导航解算成POS信息，其他包括路基、桥梁采用IE解算软件解算POS数据；
[0024] 步骤3.2线激光
数据处理：根据步骤3.1中解算出的POS数据，将线激光数据坐标转换成绝对坐标。
[0025] 步骤6)中，进行轨道板参数信息自动提取时，需要使用的数据有：
[0027] ②POS数据路径；
[0028] ③轨道板坐标信息；
[0029] ④左右两侧的线激光数据路径；
[0030] ⑤左右两侧的syn格式线激光开始采集时间数据；
[0031] 步骤6)的具体过程为：
[0032] 步骤6.1轨道板参数自动提取：
[0033] ①输入编码器数据路径，解析编码器数据；
[0034] ②输入POS路径，解析POS数据；
[0035] ③输入步骤5)中添加单个轨道板的三维坐标数据C1(x，y，z)；
[0036] ④获取当前线激光中syn格式文件中的当地时间，将当地时间转换成GPS时间，结合①、②、③计算出当前轨道板在线激光数据文件中的
位置N；
[0037] ⑤获取激光文件位置N处的线激光数据点集P1(xi，yi)，其中i∈(1，n)，n为点集合个数；
[0038] ⑥在点集P1中固
定位置h1处取点集数据P2(xi，yi)，其中i∈(1，n)，n为点集合个数；
[0039] ⑦过滤掉离群点数据后得到点集合P3(xi，yi)，求X方向的均值X1；
[0040] ⑧根据均值X1获取平面范围内的点集S1(xi，yi)，S2(xi，yi)；
[0041] ⑨将点集S1，S2经过滤波后，拟合直线L1，L2；
[0042] ⑩计算出直线L1，L2在X1处的高差D，填充层＝D–190；
[0043] 求出最小Y坐标范围的点集合，求均值得到P(x，y)；
[0044] 点P到直线L2的距离即为底层设备厚度；
[0045] 步骤6.2轨道板起始终止里程参数提取：
[0046] ①输入编码器数据路径，解析编码器数据；
[0047] ②输入POS路径，解析POS数据；
[0048] ③输入步骤5)中添加单个轨道板的三维坐标数据C1(x，y，z)；
[0049] ④获取当前线激光中syn格式文件中的当地时间，将当地时间转换成GPS时间，结合①、②、③计算出当前轨道板在线激光数据文件中的位置N，记录该处的编码器值E0；
[0050] ⑤获取激光文件位置N处附近的10
帧线激光数据点集P1(xi，yi)，其中i∈(1，n)，n为单帧线激光数据点集合；
[0051] ⑥分别计算上步骤中10帧线激光数据点集合最高点与最低点的高度H1(hi)i∈(1，10)(Y方向)，对高度集合H1进行滤波得到高度集合H2，对高度集合H2取中值H；
[0052] ⑦获取激光文件位置N+1处的线激光数据点集合P2(xi，yi)，取得该处的最高点与最低点的高度h1；
[0053] ⑧如果上一步骤⑦中的高度值h1满足条件|H-h1|＞0.5，则记录该处的编码器值E1，否则令N＝N+1执行步骤⑦－⑧；
[0054] ⑨步骤⑧中获取到的编码器值E1为轨道板起始位置，(E1-E0)×12.5即为轨道板起始位置，则令N＝N+1继续执行步骤⑦－⑧，直至获取编码器值E2，该处为轨道板终止位置；(E2-E1)×12.5则为轨道板终止里程。
[0055] 步骤7)具体为：
[0056] ①用户选择轨道板，记录其索引ID为nID并输入该板块的真实里程M；
[0057] ②计算输入的真实里程与该轨道板的起始里程属性即编码器记录的里程之间的差值V；
[0058] ③所有轨道板的起始里程Rm＝R+V，终止里程Em＝E+V，其中R，E分别为轨道板的原始起始里程、原始终止里程；
[0059] ④计算大于输入真实里程的下一个整里程值nNext以及前一个整里程值nPre；
[0060] ⑤从nID向后依次遍历，查找知否存在终止里程大于nNext的第一个板块，若存在：
[0061] 则执行下一步⑥；
[0062] 若不存在：
[0063] 则从nID向前依次遍历，查找是否存在终止里程大于nPre的第一个板块，若存在：
[0064] 则执行下一步⑥；
[0065] 若不存在则：
[0066] 找到第一个板块的起始里程nBeg，计算里程nBeg-nPre的值，除以单个轨道板和离缝之和，取整，将算的整数按从前往后从小到大编号至结束；
[0067] ⑥记录步骤5中查询出的轨道板，记录其索引id为SelID，并记录下该基准里程nBaseMileage；
[0068] ⑦从SelID向后依次遍历编号，当遍历到板块的终止里程大于nBaseMileage+1，则整里程值nBaseMileage＝nBaseMileage+1，继续从该板块向后依次编号直至结束；
[0069] ⑧从SelID向前依次遍历编号，查找是否存在起始里程小于nBaseMileage–1的轨道板，若不存在则：
[0070] 用靠近SelID一端的线路端点轨道板里程减去nBaseMileage的值，处以单个轨道板和离缝总长度，将算的整数作为轨道板起始编号，按照从前往后，从小到大编号原则，对剩余未编号的所有轨道板进行编号；
[0071] 若存在：
[0072] 则执行下一步⑨；
[0073] ⑨从查询到的id向前按里程nBaseMileage–1进行顺序编号，该里程的最后一个板块索引id赋值给SelID，里程nBaseMileage＝nBaseMileage–1，集训执行步骤；
[0074] ⑩重复执行步骤⑧-⑨，直到所有的轨道板编号完成。
[0075] 本发明具有以下优点：
[0076] 本发明将高精度车载激光移动测量系统应用于既有线路资产台账调查管理工作过程中，能大幅度提升检测效率和可靠性、减少人工劳动强度、提高检测的准确率和精度。
附图说明
[0077] 图1是本发明一种基于高精度车载移动测量系统无咋轨道资产台账调查方法的
流程图。
[0078] 图2是本发明一种基于高精度车载移动测量系统无咋轨道资产台账调查方法的轨道板参数信息自动提取算法流程图。
[0079] 图3是本发明一种基于高精度车载移动测量系统无咋轨道资产台账调查方法的轨道板起始终止里程参数提取流程图。
[0080] 图4是本发明一种基于高精度车载移动测量系统无咋轨道资产台账调查方法的轨道板自动编号算法总体流程图。
[0081] 图5是本发明一种基于高精度车载移动测量系统无咋轨道资产台账调查方法的轨道板输出信息。
具体实施方式
[0082] 下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
[0083] 参照图1，本发明一种基于高精度车载移动测量系统无咋轨道资产台账调查方法，包括如下步骤：
[0084] 1)采集外业数据：RMMS高精度车载移动测量系统采集铁路沿线的点云数据以及导航数据。采集的数据包括架设基站采集GPS基站数据，并采用RMMS高精度车载移动测量系统采集三维激光点云数据、DMI数据(编码器数据)、DMR数据(惯导数据)以及GPS数据。
[0085] 2)解算融合点云数据
[0086] 所述步骤2)中需要先根据组合导航的原理进行航位推算，解算出POS轨迹数据，再将点云数据与POS轨迹数据进行融合，得到带有绝对坐标的点云数据。
[0087] 步骤2)的具体过程如下：
[0088] 步骤2.1解算POS数据：隧道以及站内利用自主开发的航位推算软件将GPS、DMI以及DMR数据进行组合导航解算成POS信息，其他(路基、桥梁)采用IE解算软件解算POS数据。
[0089] 步骤2.2点云数据融合：将扫描仪扫描的三维激光点云与步骤2.1中解算的POS数据融合，得到带有绝对坐标的三维激光点云数据。
[0090] 2)线激光数据解算
[0091] 所述步骤2)中需要先根据组合导航的原理进行航位推算，解算出POS轨迹数据，再将点云数据与POS轨迹数据进行融合，得到带有绝对坐标的点云数据。
[0092] 步骤3)的具体过程如下：
[0093] 步骤3.1解算POS数据：隧道以及站内利用自主开发的航位推算软件将GPS、DMI以及DMR数据进行组合导航解算成POS信息，其他(路基、桥梁)采用IE解算软件解算POS数据。
[0094] 步骤3.2线激光数据处理：根据步骤3.1中解算出的POS数据，将线激光数据坐标转换成绝对坐标。
[0095] 4)点云数据与线激光数据叠加显示：根据步骤2)以及步骤3)处理后，点云数据与线激光数据在同一
坐标系中，采用开发后处理软件加载显示步骤2)和步骤3)中融合后的数据。
[0096] 5)半自动添加轨道板：采用开发的后处理软件提供提供人机交互工具提取轨道板，该步骤的数据为既有线路资产台账调查管理基础。
[0097] 6)轨道板参数信息自动提取：基于线激光提取轨道板相关参数信息的算法主要提取轨道板填充层厚度、底层设备厚度、轨道板接缝起始里程以及轨道板终止里程四个参数。
[0098] 进行轨道板参数信息自动提取时，该过程中需要使用的数据有：
[0099] ①编码器数据路径；
[0100] ②POS数据路径；
[0101] ③轨道板坐标信息；
[0102] ④左右两侧的线激光数据路径；
[0103] ⑤左右两侧的syn格式线激光开始采集时间数据。
[0104] 步骤6)的具体过程如下：
[0105] 步骤6.1轨道板参数自动提取，其具体算法详细描述如下：
[0106] ①输入编码器数据路径，解析编码器数据。
[0107] ②输入POS路径，解析POS数据。
[0108] ③输入步骤5)中添加单个轨道板的三维坐标数据C1(x，y，z)。
[0109] ④获取当前线激光中syn格式文件中的当地时间，将当地时间转换成GPS时间，结合1、2、3，计算出当前轨道板在线激光数据文件中的位置N。
[0110] ⑤获取激光文件位置N处的线激光数据点集P1(xi，yi)，其中i∈(1，n)，n为点集合个数。
[0111] ⑥在点集P1中固定位置h1处取点集数据P2(xi，yi)，其中i∈(1，n)，n为点集合个数。
[0112] ⑦过滤掉离群点数据后得到点集合P3(xi，yi)，求X方向的均值X1。
[0113] ⑧根据均值X1获取平面范围内的点集S1(xi，yi)，S2(xi，yi)。
[0114] ⑨将点集S1，S2经过滤波后，拟合直线L1，L2。
[0115] ⑩计算出直线L1，L2在X1处的高差D，填充层＝D–190。
[0116] 求出最小Y坐标范围的点集合，求均值得到P(x，y)。
[0117] 点P到直线L2的距离即为底层设备厚度。
[0118] 步骤6.2轨道板起始终止里程参数提取，其具体算法详细描述如下：
[0119] ①输入编码器数据路径，解析编码器数据。
[0120] ②输入POS路径，解析POS数据。
[0121] ③输入步骤5)中添加单个轨道板的三维坐标数据C1(x，y，z)。
[0122] ④获取当前线激光中syn格式文件中的当地时间，将当地时间转换成GPS时间，结合1、2、3，计算出当前轨道板在线激光数据文件中的位置N，记录该处的编码器值E0。
[0123] ⑤获取激光文件位置N处附近的10帧线激光数据点集P1(xi，yi)，其中i∈(1，n)，n为单帧线激光数据点集合。
[0124] ⑥分别计算上步骤中10帧线激光数据点集合最高点与最低点的高度H1(hi)i∈(1，10)(Y方向)，对高度集合H1进行滤波得到高度集合H2，对高度集合H2取中值H。
[0125] ⑦获取激光文件位置N+1处的线激光数据点集合P2(xi，yi)，取得该处的最高点与最低点的高度h1。
[0126] ⑧如果上一步骤⑦中的高度值h1满足条件|H-h1|＞0.5，则记录该处的编码器值E1，否则令N＝N+1执行步骤⑦－⑧。
[0127] ⑨步骤⑧中获取到的编码器值E1为轨道板起始位置，(E1-E0)×12.5即为轨道板起始位置，则令N＝N+1继续执行步骤⑦－⑧，直至获取编码器值E2，该处为轨道板终止位置。(E2-E1)×12.5则为轨道板终止里程。
[0128] 7)轨道板自动编号：高铁设备管理规定轨道板每组板为一个管理单元，其统计要求中需要有板顺序号，其编号规则为按照整公里+“-”+顺号(####-###)的格式依次顺序编号，比如里程K1+000的第一块轨道板编号为0001-001，按传统调查方法对轨道板进行编号需要耗费很大的人
力以及时间，因此该普查软件中提出一种轨道板自动编号的算法来对轨道板进行自动编号。
[0129] 其具体算法详细描述如下：
[0130] ①用户选择轨道板，记录其索引ID为nID并输入该板块的真实里程M[0131] ②计算输入的真实里程与该轨道板的起始里程属性(编码器记录的里程)之间的差值V；
[0132] ③所有轨道板的起始里程Rm＝R+V，终止里程Em＝E+V，其中R，E分别为轨道板的原始起始里程、原始终止里程。
[0133] ④计算大于输入真实里程的下一个整里程值nNext以及前一个整里程值nPre；
[0134] ⑤从nID向后依次遍历，查找知否存在终止里程大于nNext的第一个板块，若存在：
[0135] 则执行下一步⑥。
[0136] 若不存在：
[0137] 则从nID向前依次遍历，查找是否存在终止里程大于nPre的第一个板块，若存在：
[0138] 则执行下一步⑥。
[0139] 若不存在则：
[0140] 找到第一个板块的起始里程nBeg，计算里程nBeg-nPre的值，除以单个轨道板和离缝之和，取整，将算的整数按从前往后从小到大编号至结束。
[0141] ⑥记录步骤5中查询出的轨道板，记录其索引id为SelID，并记录下该基准里程nBaseMileage。
[0142] ⑦从SelID向后依次遍历编号，当遍历到板块的终止里程大于nBaseMileage+1，则整里程值nBaseMileage＝nBaseMileage+1，继续从该板块向后依次编号直至结束。
[0143] ⑧从SelID向前依次遍历编号，查找是否存在起始里程小于nBaseMileage–1的轨道板，若不存在则：
[0144] 用靠近SelID一端的线路端点轨道板里程减去nBaseMileage的值，处以单个轨道板和离缝总长度，将算的整数作为轨道板起始编号，按照从前往后，从小到大编号原则，对剩余未编号的所有轨道板进行编号。
[0145] 若存在：
[0146] 则执行下一步⑨
[0147] ⑨从查询到的id向前按里程nBaseMileage–1进行顺序编号，该里程的最后一个板块索引id赋值给SelID，里程nBaseMileage＝nBaseMileage–1，集训执行步骤[0148] ⑩重复执行步骤⑧-⑨，直到所有的轨道板编号完成。
[0149] 8)数据检查：后处理软件提供自动工具检测轨道板的相关参数以及编号信息。
[0150] 9)数据编辑：检测轨道板的属性信息或者编号有误，则按照提供的人工交互工具重新编辑相关参数。
[0151] 10)成果数据输出：按照预先设计的格式自动输出CRTSⅠ型板式无砟道床、CRTSII型板式无砟道床、CRTSⅢ型板式无砟道床、双块式无砟道床、岔区埋入式、岔区板式无砟轨道等设备管理单元。
[0152] 本发明通过采集外业数据、解算融合点云数据、线激光数据解算、点云数据与线激光数据叠加显示、半自动添加轨道板、轨道板参数信息自动提取、轨道板自动编号、数据检查、数据编辑和成果数据输出的步骤实现无咋轨道资产台账调查，其中，线激光数据解算、点云数据与线激光数据叠加显示、半自动添加轨道板、轨道板参数信息自动提取、轨道板自动编号的步骤为本发明首次提出，解决高精度车载移动测量系统这种新技术在既有线路资产台账调查管理过程中的自动化和测量成果快速输出关键问题。
[0153] 本发明的内容不限于
实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明
说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的
权利要求所涵盖。
