【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及测量，具体涉及一种轨道断面点云模型约束的移动三维激光系统空间状态误差修正方法及装置。
技术介绍
1、铁路既有线测量是为既有铁路的运营管理、养护、维修、技术改造和改建提供精确可靠的技术资料，常规测量主要采用全站仪、水准仪及地面站激光扫描仪等设备，无法满足轨道交通基础设施大范围、快速、高精度的测量需求。移动测量设备集高精度激光雷达测量模块、位姿(空间状态)传感器模块、时间同步与控制模块等于一体，高密度激光点云及高频扫描特征保证了较高动态环境下扫描场景覆盖的全面性，具有测量环境不受光线条件限制、非接触式的测量等特点，对于降低劳动强度、提升轨道测量工作的安全性具有重要意义，很大程度上可以取代传统测量技术手段以应用于轨道测量工作。
2、采用移动测量设备进行铁路既有线测量的主要难点在于如何保证点云的测量精度，影响移动测量设备测量精度的主要因素是空间状态的精度。imu/里程计组合航位推算是采用移动测量设备进行轨道测量最常见的空间状态确定方法，但其积分解算的方式存在误差逐渐累积的特点。此外，单个位姿传感器及测量系统同步控制电路的故障、运动状态剧烈程度及仪器安装结构不稳定等甚至会导致观测值出现较大偏差，降低空间状态的精度及可靠性，由于激光点云中的特征是按照观测目标的物方实际几何模型分布，空间状态误差的存在直接导致激光扫描中心以及激光发射角度的失真，造成观测目标的点云三维特征与物方几何模型存在偏差。
3、当前国内外学者针对如何修正移动测量设备位姿误差的问题，可通过使用性能优异的位姿传感器进行改善，但相应的成本也
4、较多的学者参考了相关点云处理方法，例如：slam算法中点云配准与融合方法，即：通过将不同时刻点云中对应三维特征进行匹配，进而估算移动测量系统位姿变化。但轨道测量属于带状工程精密测量范畴，测量系统通常沿着轨道单向线性运动，加之单线扫描激光雷达的使用，造成激光点云重叠区域缺乏，无法采用传统基于点云特征匹配的配准方式进行位姿修正，因此需要引入新的约束信息。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种轨道断面点云模型约束的移动三维激光系统空间状态误差修正方法，依据移动测量设备位姿传感器观测信息及钢轨设计准则重建虚拟设计钢轨模型，并以此作为约束对位姿误差进行估计与修正，优化整体点云的精度，无需额外的观测设备进行外部约束信息的测量。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术提供一种移动三维激光系统空间状态误差修正方法，包括：
4、获取移动三维激光系统通过激光扫描得到的原始点云数据；
5、从所述原始点云数据中提取轨道点云，并定位轨道点云存在异常的轨道段；
6、利用正常轨道段的点云数据构建钢轨横断面几何模型，并利用所述钢轨横断面几何模型估计异常轨道段点云的误差偏移量；
7、利用所述误差偏移量对移动三维激光系统的空间状态误差进行修正，优化原始点云数据的精度。
8、进一步的，从所述原始点云数据中提取轨道点云，并定位轨道点云存在异常的轨道段，包括：
9、基于移动三维激光系统的航位推算角度观测值判断轨道设计线形变化点，并根据所述线形变化点进行轨道线形分段；所述轨道线形包括直线、缓和曲线以及圆曲线；
10、根据异常轨道段的轨道点云坐标判断异常轨道段的线形。
11、进一步的，利用正常轨道段的点云数据构建钢轨横断面几何模型，包括：
12、提取与异常轨道段线形一致的相邻的正常轨道段点云数据；
13、利用航位信息推算移动三维激光系统的位姿，并基于所述位姿以及所述正常轨道段点云数据，重建正常轨道段对应的钢轨三维点云模型，提取正常轨道段轨顶中心点；
14、利用所述正常轨道段轨顶中心点以及正常轨道段轨道线形对应的曲线方程，拟合得到异常轨道段对应的轨顶中线；
15、利用所述异常轨道段对应的轨顶中线以及钢轨横断面设计模型构建异常轨道段对应的钢轨横断面几何模型。
16、进一步的，所述的利用所述钢轨横断面几何模型估计异常轨道段点云的误差偏移量，包括：
17、利用航位信息推算移动三维激光系统的位姿，并利用所述位姿对所述正常轨道段点云数据进行融合，构建异常轨道段对应的钢轨三维点云模型；
18、利用异常轨道段对应的钢轨横断面几何模型及其对应的钢轨三维点云模型，逐帧估计异常轨道段点云的误差偏移量。
19、进一步的，利用所述误差偏移量对移动三维激光系统的空间状态误差进行修正，包括：
20、利用移动三维激光系统的航位信息获取轨道点云存在异常的轨道段所包含点云数据帧；
21、依次选取每一帧点云，利用当前帧对应的误差偏移量，对该帧上所有点云进行误差修正。
22、进一步的，基于移动三维激光系统的航位推算角度观测值判断轨道设计线形变化点，并根据所述线形变化点进行轨道线形分段，包括：
23、提取移动三维激光系统的航位信息；
24、若航向角恒定，横滚角为0，则判断移动三维激光系统位于轨道直线段；
25、若航向角恒定变化，横滚角恒定且不为0，则判断移动三维激光系统位于轨道圆曲线段；
26、若航向角变化速度变大，横滚角绝对值逐渐增大，则判断移动三维激光系统位于轨道直线段到圆曲线段的缓和曲线段；
27、若航向角变化速度变小，横滚角绝对值逐渐增小，则判断移动三维激光系统位于轨道圆曲线段到直线段的缓和曲线段。
28、进一步的，利用航位信息推算移动三维激光系统的位姿，基于所述位姿以及所述正常轨道段点云数据，重建正常轨道段对应的钢轨三维点云模型，提取正常轨道段轨顶中心点，包括：
29、利用航位信息推算移动三维激光系统的位姿，确定异常轨道段及与其相邻的正常轨道段所处的轨道段线形；
30、根据轨道段线形公式、钢轨横断面设计模型，逐帧匹配融合所述正常轨道段点云数据，重建正常轨道段对应的钢轨三维点云模型；
31、基于所述正常轨道段对应的钢轨三维点云模型，提取正常轨道段轨顶中心点。
32、第二方面，本专利技术提供一种移动三维激光系统空间状态误差修正装置，包括：
33、数据获取模块，获取移动三维激光系统通过激光扫描得到的原始点云数据；
34、异常轨道段定位模块，从所述原始点云数据中提取轨道点云本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种移动三维激光系统空间状态误差修正方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述原始点云数据中提取轨道点云，并定位轨道点云存在异常的轨道段，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用正常轨道段的点云数据构建钢轨横断面几何模型，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的利用所述钢轨横断面几何模型估计异常轨道段点云的误差偏移量，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用所述误差偏移量对移动三维激光系统的空间状态误差进行修正，包括：
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于移动三维激光系统的航位推算角度观测值判断轨道设计线形变化点，并根据所述线形变化点进行轨道线形分段，包括：
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用航位信息推算移动三维激光系统的位姿，基于所述位姿以及所述正常轨道段点云数据，重建正常轨道段对应的钢轨三维点云模型，提取正常轨道段轨顶中心点，包括：
8.一种移动三维激光系统空间状态误差修正装置，其特征在于，包
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机软件程序，所述计算机软件程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的一种移动三维激光系统空间状态误差修正方法。
...【技术特征摘要】
1.一种移动三维激光系统空间状态误差修正方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述原始点云数据中提取轨道点云，并定位轨道点云存在异常的轨道段，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用正常轨道段的点云数据构建钢轨横断面几何模型，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的利用所述钢轨横断面几何模型估计异常轨道段点云的误差偏移量，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用所述误差偏移量对移动三维激光系统的空间状态误差进行修正，包括：
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于移动三维激光系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛庆洲，王晓凯，楼梁伟，董翠军，杨立光，张也，王鹏，丁有康，姚建平，贾斌，何复寿，施文杰，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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