一种铁路综合巡检系统技术方案

本发明专利技术公开了一种铁路综合巡检系统，定姿定位系统获取综合巡检车的GNSS、IMU及DMI数据，激光雷达获取被测物体的三维坐标，全景相机获取全景影像数据。时空同步系统根据GNSS授时为三维坐标、IMU、DMI及全景影像数据提供时钟同步。存储/控制系统实时保存经过时钟同步后的三维坐标、IMU、DMI及全景影像数据。点云处理系统先使用GNSS、IMU及DMI数据融合解算POS数据，再使用POS数据和激光雷达数据联合计算点云数据，将点云数据与全景影像数据融合处理得到实景点云。综合巡检分析系统以点云及全景影像数据为数据源进行铁路巡检分析。本发明专利技术能解决现有系统复杂度高，人力成本高，数据处理难度大的技术问题。难度大的技术问题。难度大的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种铁路综合巡检系统


[0001]本专利技术涉及铁路工程机械
，尤其涉及一种用于进行铁路线路维护的铁路综合巡检系统。

技术介绍

[0002]随着我国铁路里程的飞速增长，铁路巡检、铁路基础设施及其部件的检测任务越来越繁重。以往，铁路巡检和基础设施的检测由人工巡道或专用的设备来完成。人工巡道对工人素质的要求较高，工作强度高，且由于人的注意力容易分散而造成漏检。随着科技的进步，铁路基础设施及其部件的检测逐步升级为专门的检测工具或作业车辆。铁路基础设施及其部件的种类较多，直接导致了专门的检测工具或系统也较多，每一类工具都需要配备专门的技术人员操作，对铁路工务部门来说费时费力。近些年，铁路综合巡检车逐步推向铁路市场，综合巡检车将多种检测工具、检测系统集中到同一辆检测车上，利用一个作业天窗完成铁路多个部件的检测工作。
[0003]综合巡检车的检测项点通常包括钢轨，轨旁设施，接触网的尺寸以及缺陷检测，可应用于工务，电务，供电等部门。现有的综合巡检车针对不同的检测项点，在车上安装有不同的检测设备，其中大多数为摄像机，所使用的技术为二维图像的采集与处理，并包含少量的小规模、近距离的三维检测。作业前，需要开启所有的检测系统，作业时，系统采集原始照片(部分系统会有实时的检测)，作业完成后把数据转移到地面处理系统中进行保存与处理。这种作业方式需要人员多、时间长、劳动强度大、效率低，其检查效果与后处理人员的经验和责任心直接相关。由上述的作业方法可知，现有的综合巡检系统配置复杂，硬件设备的利用率较低，经济成本较高，同时由于系统套数较多，所以作业的时候需要的操作人员也较多。同时，现有的综合巡检系统主要基于图像处理，配置的摄像头从几百万像素到几千万像素，多达几十个，一次作业下来产生的图像数据量巨大，线下的处理也难度较大。
[0004]在现有技术中，由宝鸡中车时代工程机械有限公司于2017年09月15日申请，并于2017年12月15日公开，公开号为CN107472269A的中国专利技术申请公开了一种铁路用电传动式综合巡检车，车体通过车架安装于动力转向架上，车体顶部和车体内部设有生活设施和养护维修检测单元且车体前后两端设有便于与外部车辆和电气设备连接的电气接口和外接插座。车体底部设有动力系统Ⅰ和动力系统Ⅱ，动力系统Ⅰ与动力转向架和控制整车运行的行车控制单元连接且动力系统Ⅱ与生活设施和养护维修检测单元连接后实现整车运行与生活设施和养护维修检测单元的单独供电模式。该专利技术通过设于车体底部的动力系统Ⅰ和动力系统Ⅱ分别对整车运行与生活设施和养护维修检测单元供电，提高了整车运行的安全性能，是集供电、工务、电务系统检测功能为一体的综合巡检车，巡检车的车速高达160km/h，工作效率大大提高，满足高铁检测需求。
[0005]此外，由宝鸡南车时代工程机械有限公司于2013年04月18日申请，并于2016年02月03日公开，公开号为CN103231719A的中国专利技术申请公开了一种双动力铁路轨道综合巡检车，包括车体、车架、前动力单元和后动力单元，车体设置在车架上，且车体两端分别设有主
司机室和副司机室，在主司机室和副司机室之间设有检测室和操作室，车架下端两侧分别设有前动力转向架和后动力转向架，前动力单元给前动力转向架提供驱动动力，后动力单元给后动力转向架提供驱动动力，在前动力单元和后动力单元之间设有柴油箱且柴油箱固定在车架下端，车架上安装有多个检测装置。该专利技术自带动力，对高速铁路轨道表面结构部件状态、钢轨轮廓、线路限界进行快速动态扫查、状态智能评判和报警，及时掌握高铁工务设备外观状态，指导日常养护和维修，保障高铁安全和可靠运行。
[0006]综合巡检车的应用虽然提高了作业天窗的使用效率，但是还存在以下明显的技术缺陷：
[0007]1)当前不同厂家生产的综合巡检车集成的检测系统数量不完全相同，一般是12项到16项之间，而多个检测设备之间的数据兼容成为问题，且得到的检测数据之间缺乏互通互联，并没有做到设备复用；
[0008]2)由于只是单纯将单项的检测设备进行了集中安装，所以有多少个检测项点就需要多少个检测设备，从而造成检测设备数量较多；同时每个设备都需配备相应的操控系统与后处理系统，造成综合巡检车的操作复杂，数据后处理难度大、任务重；
[0009]3)由于没有减少检测设备的数量，从而并没有减少设备操作人员的数量，且综合巡检车的检测系统繁多，使得综合巡检应用的经济、人员和使用成本较高，操作过程复杂，无法适应和满足日益增长的铁路综合巡检作业需求。

技术实现思路

[0010]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种铁路综合巡检系统，以解决现有系统复杂度高，人力成本高，数据处理难度大，无法适应和满足日益增长的铁路综合巡检作业需求的技术问题。
[0011]为了实现上述专利技术目的，本专利技术具体提供了一种铁路综合巡检系统的技术实现方案，包括：三维扫描系统、时空同步系统、存储/控制系统及巡检应用系统，所述三维扫描系统包括定姿定位系统、激光雷达及全景相机，所述巡检应用系统包括点云处理系统及综合巡检分析系统。所述定姿定位系统获取铁路综合巡检车的GNSS、IMU及DMI数据，所述激光雷达获取被测物体的三维坐标数据，所述全景相机获取全景影像数据。所述时空同步系统根据GNSS授时，为三维坐标、IMU、DMI及全景影像数据提供时钟同步。所述存储/控制系统实时保存经过时钟同步后的三维坐标、IMU、DMI及全景影像数据。所述点云处理系统首先使用GNSS、IMU及DMI数据融合解算POS数据，然后使用POS数据和激光雷达数据联合计算点云数据，再将点云数据与全景影像数据融合处理得到实景点云。所述综合巡检分析系统以点云及全景影像数据为数据源进行铁路巡检分析。
[0012]进一步地，所述综合巡检分析系统包括边坡灾害巡检模块，在需要巡检的铁路边坡上设置若干个激光标志靶，所述三维扫描系统在外业作业时进行原始数据采集，所述点云处理系统在内业作业时生成点云及全景影像数据。所述边坡灾害巡检模块对扫描得到的点云数据进行激光标志靶精确提取，并为提取到的激光标志靶设置唯一的编号或命名，不同期扫描获取的点云中相同位置的激光标志靶编号或命名相同。获取当期点云，然后读入待比较的前期点云，利用激光标志靶的里程及坐标对两期点云进行粗叠加显示，利用前期的激光标志靶坐标及当期激光标志靶坐标计算精确的点云叠加参数。利用精确的点云叠加
参数对当期坐标进行坐标转换，转换后进行精确的点云叠加对比，叠加后计算两期点云中相同位置的坐标差。检查变化量的结果，对于坐标差较大的区域调取当期及前期的全景影像，进行人工确认是否发生边坡变化。保存点云叠加对比的坐标差，读入前期的点云对比坐标差，绘制坐标差变化曲线，检测坐标差是否有逐步放大的趋势，对于坐标差呈现逐步放大的区域进行预警或报警。
[0013]进一步地，所述边坡灾害巡检模块将当期的点云网格化，对首先处理的点云网格C进行平面拟合，得到平面P，并求取点云网格C的中心坐标O。再求取经过点O的平面P的法线，得到法线L，求取法线L与前期点云的交点J，并计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁路综合巡检系统，其特征在于，包括：三维扫描系统(1)、时空同步系统(2)、存储/控制系统(3)及巡检应用系统(4)，所述三维扫描系统(1)包括定姿定位系统(10)、激光雷达(11)及全景相机(12)，所述巡检应用系统(4)包括点云处理系统(40)及综合巡检分析系统(41)；所述定姿定位系统(10)获取铁路综合巡检车的GNSS、IMU及DMI数据，所述激光雷达(11)获取被测物体的三维坐标数据，所述全景相机(12)获取全景影像数据；所述时空同步系统(2)根据GNSS授时，为三维坐标、IMU、DMI及全景影像数据提供时钟同步；所述存储/控制系统(3)实时保存经过时钟同步后的三维坐标、IMU、DMI及全景影像数据；所述点云处理系统(40)首先使用GNSS、IMU及DMI数据融合解算POS数据，然后使用POS数据和激光雷达数据联合计算点云数据，再将点云数据与全景影像数据融合处理得到实景点云；所述综合巡检分析系统(41)以点云及全景影像数据为数据源进行铁路巡检分析。2.根据权利要求1所述的铁路综合巡检系统，其特征在于：所述综合巡检分析系统(41)包括边坡灾害巡检模块(42)，在需要巡检的铁路边坡上设置若干个激光标志靶，所述三维扫描系统(1)在外业作业时进行原始数据采集，所述点云处理系统(40)在内业作业时生成点云及全景影像数据；所述边坡灾害巡检模块(42)对扫描得到的点云数据进行激光标志靶精确提取，并为提取到的激光标志靶设置唯一的编号或命名，不同期扫描获取的点云中相同位置的激光标志靶编号或命名相同；获取当期点云，然后读入待比较的前期点云，利用激光标志靶的里程及坐标对两期点云进行粗叠加显示，利用前期激光标志靶坐标及当期激光标志靶坐标计算精确的点云叠加参数；应用精确的点云叠加参数对当期坐标进行坐标转换，转换后进行精确的点云叠加对比，叠加后计算两期点云中相同位置的坐标差；检查变化量的结果，对于坐标差较大的区域调取当期及前期的全景影像，进行人工确认是否发生边坡变化；保存点云叠加对比的坐标差，读入前期的点云对比坐标差，绘制坐标差变化曲线，检测坐标差是否有逐步放大的趋势，对于坐标差呈现逐步放大的区域进行预警或报警。3.根据权利要求2所述的铁路综合巡检系统，其特征在于：所述边坡灾害巡检模块(42)将当期的点云网格化，对首先处理的点云网格C进行平面拟合，得到平面P，并求取点云网格C的中心坐标O；再求取经过点O的平面P的法线，得到法线L，求取法线L与前期点云的交点J，并计算线段OJ的距离，即为两期点云中相同位置的变化量；遍历当期点云中的每一个网格，计算求得每格点云的前后期变化量，从而得到两期点云中相同位置的坐标差。4.根据权利要求1、2或3所述的铁路综合巡检系统，其特征在于：所述综合巡检分析系统(41)包括边坡灾害评估模块(43)，在需要巡检的铁路边坡上设置若干个激光标志靶，所述三维扫描系统(1)在外业作业时进行原始数据采集，所述点云处理系统(40)在内业作业时生成点云及全景影像数据；所述边坡灾害评估模块(43)对扫描得到的点云数据进行激光标志靶提取，并为提取到的激光标志靶设置唯一的编号或命名，不同期的点云中相同位置的激光标志靶编号或命名相同；获取当期的点云，然后读入待比较的前期点云，利用激光标志靶的里程及坐标进行两期点云的粗叠加显示，利用前期激光标志靶坐标及当期激光标志靶坐标计算精确的点云叠加参数；利用精确的叠加参数对当期坐标进行坐标转换，转换后进行精确的点云叠加对比，叠加后计算两期点云中相同位置的点云坐标差，并着重比较高程坐标z的差值；利用两期点云的坐标差计算两片点云所夹含部分的体积，即为滑坡的土石方，计算滑坡部分的面积；调取前一期扫描的全景影像数据，查看灾害点的实际地形地貌，按照里程对三维点云进行截取保存，同时定位至紧急事件发生的里程，采用该位置的三维
点云与全景影像作为应急处理的底图，为应急处理提供地图参考。5.根据权利要求4所述的铁路综合巡检系统，其特征在于：所述综合巡检分析系统(41)包括线路虚拟巡检/添乘模块(44)，所述三维扫描系统(1)在外业作业时进行原始数据采集，所述点云处理系统(40)在内业作业时生成点云、全景影像及POS轨迹文件；所述线路虚拟巡检/添乘模块(44)利用标定后的全景影像为灰度点云赋真彩值，生成真彩色点云，将真彩色点云分割为点云段，同时将POS轨迹文件分割为与点云段对应的POS轨迹文件段；读入待巡检里程的点云段及相应的POS轨迹文件；所述线路虚拟巡检/添乘模块(44)显示界面默认的视点定位在POS轨迹文件的起点，视场方向与POS轨迹文件一致，用户点击开始后能按多种方式进行点云漫...

【专利技术属性】
技术研发人员：李剑锋，王文昆，季育文，
申请(专利权)人：株洲时代电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：