【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及列车轨道，尤其涉及一种轨道钢轨全断面点云匹配方法。
技术介绍
1、随着我国交通行业的不断发展，铁路运输已成为其中不可分割的重要组成部分，而在确保交通发展的同时，安全问题也不容忽视地摆在了技术人员的面前。轨道作为列车运行的“公路”在铁路中扮演着非常重要的角色，轨道的状态直接影响着列车是否能安全运行。传统的轨道检修过程中只能依靠人工肉眼去观察轨道状态是否正常，不仅任务工作量巨大，而且检修过程中也容易出纰漏。为此人们开始利用自动化设备并设计自动测量方法来取代人工对列车轨道进行测量检修。
2、现有的测量方法大多应用非接触式测量方法，它主要利用激光位移传感器和结构光视觉，并基于三角测距原理测量，轨道轮廓的位置可以根据激光器与摄像机的几何关系以及激光线阵ccd上的成像位置来确定。也有人采用惯性基准法来进行测量，利用列车车轮与轨道接触点瞬间的加速度变化来判断左右轨道高低变化情况，再结合激光线阵相机获取轨内侧轮廓与惯导数据相结合，根据安装位置的几何关系从而计算出轨道的其他参数。
3、然而，非接触式测量方法获得的轨道截面轮廓可能具有稀疏的采样点，并且测量数据可能受到环境光干扰的影响；而且采集速度慢不适合较长的线路，消耗人力过多，测量成本过高，维修也不方便。而惯性基准法则在列车速度以及设备安装上有较高要求，判定轨道异常时精度易受到速度影响而产生误差。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对现有技术中的不足，提供一种轨道钢轨全断面点云匹配方法。
2、一种轨
3、步骤1：数据扫描，采用激光轮廓仪扫描轨道左右钢轨，获取其截断面的点云数据；
4、步骤2：数据筛选，统计点云数据中扫描点的坐标个数并进行判断筛选，当扫描点的坐标个数小于设定参数值时判定为扫描缺失不进行处理，当扫描点的坐标个数大于或等于设定参数值时进行下一步处理；
5、步骤3：获取轨头坐标点，将原始数据在y轴方向上降序排列，找出点云数据中连续n个在垂直距离上小于判定值a的点，将其确定为轨头上点并获取相应点的坐标，其中，判定值a可以判断点云在一条水平线上并不是噪点；
6、步骤4：确定轨头轨腰分割点，因为轮廓扫描设备的安装角度原因，轨头与轨腰部分的距离会大于设定值，即若相邻两个扫描点之间的距离大于设定值，则可以说明y坐标较大的点为轨头与轨腰的分割点，其中设定值与设备的具体安装角度相关，并不是一确定值，根据获取的点坐标和数据与轨道设计标准相对比进行判别，若采集数据状态正常则轨头轨腰分割点坐标为计算值，若数据状态异常，则采用轨道设计标准中的轨头下36mm处作为轨头轨腰分割点；
7、步骤5：分割轨头和轨腰，根据轨头轨腰分割点坐标分割轨头和轨腰，其中点云数据中y轴坐标值大于或等于轨头轨腰分割点y轴坐标值的点为轨头点，y轴坐标值小于轨头轨腰分割点y轴坐标值的点为轨腰点，并去除轨头部分杂点；
8、步骤6：轨头数据异常判断，获取轨头部分特征点数据，分别按照y轴坐标、x轴坐标降序排列最大最小坐标值；设定一区域值，若轨头宽于区域值内的最大值则轨头过宽，低于区域值内的最小值，则轨头过窄；
9、步骤7：轨腰划分，首先以轨头点中x轴坐标值最大及最小的两个点为参考，删除轨腰两侧多余数据点，然后按照x轴方向点采用聚类划分方法，将轨腰分为轨腰左侧和轨腰右侧；
10、步骤8：获取轨道特征点坐标数据，根据轨腰左侧和轨腰右侧中的扫描点个数更新轨腰宽度，当轨腰左侧和轨腰右侧中的扫描点个数大于设定参数值时，以轨腰左侧值减去轨腰右侧值的最小值再取两个点的中心作为轨腰间距最小处中心，若只有单侧大于设定参数值，则根据大于一侧的轨腰凹陷极值减去8.25mm作为轨腰间距最小处中心，去除噪点数据以及有补偿采集有问题的数据后，再获取轨道特征点坐标数据并保存；
11、步骤9：确定拟合圆，根据轨道特征点坐标数据中的轨额角点坐标及轨道设计标准中的半径参数确定轨额处的拟合圆，并以相同方式获取轨腰处拟合圆及轨腰轨底曲线拟合圆；
12、步骤10：旋转拟合，以轨腰轨底曲线拟合圆为基准并以轨道设计标准为参照对整个轨道扫描断面进行旋转拟合，每旋转一次重新获取轨道特征点坐标数据；
13、步骤11：匹配，当轨腰轨底曲线拟合圆的圆心与轨道设计标准小于设定参数值时轨道匹配完成，更新轨道特征点坐标数据；
14、步骤12：获取参数，根据保存的轨道特征点坐标数据获取所需的轨道几何参数。
15、进一步地，在所述步骤2中，当扫描点坐标个数大于设定参数值时还可以通过插值法去点进行降采样来减小运算压力，提高运算速度。
16、进一步地，在所述步骤4中，若点云数据中存在多组距离大于设定参数值的两个相邻扫描点，则将这些点在y轴方向上降序排列，以其中y轴坐标值最大的扫描点作为轨头轨腰分割点并获取相应点的坐标。
17、进一步地，在所述步骤6中，当轨道转弯时，轨道会有一个轨底坡度，整个轨道会向左或向右倾斜，从而轨头最高点到x轴最大最小点的高度距离会不同，在该种情形下，激光轮廓仪就会对轨道界面的扫描存在部分的缺失；对于该种扫描缺少导致的数据异常，可根据轨道设计标准进行补偿，即根据轨道设计标准中的对应数据给定轨头部分x轴的最大值及最小值。
18、进一步地，在所述步骤9中，若轨腰数据不好则根据轨道设计标准中的给定值来获取轨腰处拟合圆；若轨腰轨底数据有问题，则根据拟合处纵坐标应是轨底远端到拟合处横坐标距离的三分之一加上轨底远端纵坐标获取轨腰轨底曲线拟合圆。
19、进一步地，在所述步骤10后，还设有铅直校准步骤，采用轨腰处拟合圆进行铅直校准，由于拟合圆到轨底的距离是固定的，将其与竖直状态的轨道设计标准进行比较，即可避免轨底数据有异常；当比对后，差别过大时，进行二次垂直调整，使钢轨点动铅直；再重新计算钢轨的特征值。
20、综上所述，本专利技术一种轨道钢轨全断面点云匹配方法的有益效果在于：通过设计精确的钢轨全断面点云匹配方法，解决了现阶段对轨道测量在满足便携性、精准度上，用较少的设备，较低的成本，能适应各种环境的痛点，实现了根据轨道全断面与轨道设计标准进行点云匹配，从而获取轨道在使用后与标准轨形状上是否有差别，计算出轨道的几何参数的目的，这种方法不仅具有响应速度快、检测精度高的优点，而且对设备安装要求条件不高，鲁棒性好；本专利技术实用性强，具有较强的推广意义。
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1.一种轨道钢轨全断面点云匹配方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的轨道钢轨全断面点云匹配方法，其特征在于：在所述步骤2中，当扫描点坐标个数大于设定参数值时还可以通过插值法去点进行降采样来减小运算压力，提高运算速度。
3.如权利要求1所述的轨道钢轨全断面点云匹配方法，其特征在于：在所述步骤4中，若点云数据中存在多组距离大于设定参数值的两个相邻扫描点，则将这些点在Y轴方向上降序排列，以其中Y轴坐标值最大的扫描点作为轨头轨腰分割点并获取相应点的坐标。
4.如权利要求1所述的轨道钢轨全断面点云匹配方法，其特征在于：在所述步骤6中，当轨道转弯时，轨道会有一个轨底坡度，整个轨道会向左或向右倾斜，从而轨头最高点到X轴最大最小点的高度距离会不同，在该种情形下，激光轮廓仪就会对轨道界面的扫描存在部分的缺失；对于该种扫描缺少导致的数据异常，可根据轨道设计标准进行补偿，即根据轨道设计标准中的对应数据给定轨头部分X轴的最大值及最小值。
5.如权利要求1所述的轨道钢轨全断面点云匹配方法，其特征在于：在所述步骤9中，若轨腰数据不好则根据轨道
6.如权利要求1所述的轨道钢轨全断面点云匹配方法，其特征在于：在所述步骤10后，还设有铅直校准步骤，采用轨腰处拟合圆进行铅直校准，由于拟合圆到轨底的距离是固定的，将其与竖直状态的轨道设计标准进行比较，即可避免轨底数据有异常；当比对后，差别过大时，进行二次垂直调整，使钢轨点动铅直；再重新计算钢轨的特征值。
...【技术特征摘要】
1.一种轨道钢轨全断面点云匹配方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的轨道钢轨全断面点云匹配方法，其特征在于：在所述步骤2中，当扫描点坐标个数大于设定参数值时还可以通过插值法去点进行降采样来减小运算压力，提高运算速度。
3.如权利要求1所述的轨道钢轨全断面点云匹配方法，其特征在于：在所述步骤4中，若点云数据中存在多组距离大于设定参数值的两个相邻扫描点，则将这些点在y轴方向上降序排列，以其中y轴坐标值最大的扫描点作为轨头轨腰分割点并获取相应点的坐标。
4.如权利要求1所述的轨道钢轨全断面点云匹配方法，其特征在于：在所述步骤6中，当轨道转弯时，轨道会有一个轨底坡度，整个轨道会向左或向右倾斜，从而轨头最高点到x轴最大最小点的高度距离会不同，在该种情形下，激光轮廓仪就会对轨道界面的扫...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈宝平，易青松，周浩，孙泽恩，刘宁波，刘林昕，朱晓东，董辉，
申请(专利权)人：东莞市诺丽科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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