專利名稱：鐵路邊坡車載掃描檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于巖土工程監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐵路邊坡車載掃描檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著客運專線的大量修建會形成大量工程邊坡。由于地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，已建及在建工程常常發(fā)生或潛在大量的鐵路邊坡地質(zhì)災(zāi)害問題。隧道列車的逐步提速，對鐵路邊坡運營養(yǎng)護等方面提出了新的要求。由于鐵路邊坡的穩(wěn)定狀況事關(guān)人民生命財產(chǎn)安全，有時甚至是國家經(jīng)濟和社會發(fā)展。因而，對鐵路邊坡的評估顯得越來越重要。要對鐵路邊坡的狀況進行評估，最主要的是高效、準確的獲得影響鐵路邊坡狀況的各物理力學(xué)指標的變化規(guī)律。 目前，針對鐵路邊坡的檢測大多以現(xiàn)場定點監(jiān)測為主，考慮到檢測巨大的工作量，不能夠大范圍的對鐵路邊坡進行檢測，也就不能對線路運營后的鐵路邊坡狀況進行全面的對比。因而，嚴重的影響著鐵路運輸?shù)陌踩?。對鐵路邊坡進行檢測并及時反饋信息是降低邊坡潛在危險的最有效方法。然而傳統(tǒng)的鐵路邊坡檢測主要是在現(xiàn)場布置一定的傳感器或儀器后，通過如全站儀、GPS、測斜儀等設(shè)備，人工定時讀取數(shù)據(jù)，并匯總后來判斷鐵路邊坡的安全狀況，這樣做最明顯的缺點就是不能實時采集到有用的信息，當信息匯總分析后往往鐵路邊坡已經(jīng)產(chǎn)生了破壞，延誤了預(yù)警或是處治的最佳時間，有著一定的滯后性。而且取得實時信息的辦法多半是在現(xiàn)場安排工作人員晝夜值守，這樣不僅人力資源浪費，增加了鐵路邊坡治理的成本，而且值班人輕工程及人員的災(zāi)害損失。如長江西陵峽新灘邊坡，通過監(jiān)測預(yù)報，減少直接經(jīng)濟損失9000萬元；重慶馬家壩邊坡，在出現(xiàn)滑動前兆后及時預(yù)警，使當?shù)?30人幸免遇難；國外如瑞士阿爾卑斯山邊坡(91年5月15日)，設(shè)站儀器及自動連續(xù)觀測，成功的進行了預(yù)報。探索長距離低成本快速監(jiān)測手段一直是鐵路邊坡監(jiān)測工程中需要解決的問題，但從上述可以看出，現(xiàn)有的監(jiān)測方式如全站儀、GPS、測斜儀等，雖然已被廣泛使用，但其還是存在種種弊端，隨著電子學(xué)和光學(xué)技術(shù)的發(fā)展普及，激光測距技術(shù)用于民用領(lǐng)域也得到了極大的發(fā)展。但多是應(yīng)用于工業(yè)方面，主要是作為工業(yè)檢測的手段，如工業(yè)產(chǎn)品尺寸的鑒定，鐵軌寬度的檢測等。在鐵路邊坡監(jiān)測領(lǐng)域，目前激光測距技術(shù)也在逐漸展開應(yīng)用，但是仍處于探索階段。國內(nèi)相關(guān)人員將激光位移檢測原理應(yīng)用到地質(zhì)體狀態(tài)監(jiān)測中，進行了激光位移監(jiān)測系統(tǒng)的模擬試驗，并對模擬試驗的結(jié)果進行了適當?shù)姆治?。中國專利局公布的CN102096944A號專利，該發(fā)明涉及屬于地質(zhì)結(jié)構(gòu)面信息獲取技術(shù)，特別是地質(zhì)體結(jié)構(gòu)面三維激光掃描點云識別方法，其特征是1)確定需要掃描的地質(zhì)體結(jié)構(gòu)面范圍；2)通過三個不在同一直線上的點坐標確定需要掃描的地質(zhì)體結(jié)構(gòu)面范圍的一個面；3)通過三維激光掃描地質(zhì)體結(jié)構(gòu)面的三個點三維座標；獲得一個平面方程；4)對確定的結(jié)構(gòu)面的粗糙起伏和地形，通過三維激光掃描結(jié)構(gòu)面出露面上的所有點；5)重新選擇下一個地質(zhì)體結(jié)構(gòu)面，如果下一個面不存在到第6步；6)對上述獲取的每一個平面方程，提取結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀參數(shù)，然后進行結(jié)構(gòu)面擬合。該方法只能實現(xiàn)對邊坡的定點掃描，無法實現(xiàn)對鐵路邊坡移動、快速的檢測。本實用新型目的就在于摸索出一套新型的鐵路邊坡監(jiān)測系統(tǒng)，它不僅能夠達到定點長距離、快速高效，使用成本低廉，而且從鐵路邊坡穩(wěn)定性信息的獲取到傳輸能夠及時有效，這樣可以幫助決策者對鐵路邊坡的穩(wěn)定性做出更為準確的判斷。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有檢測方法及效率的不足，本實用新 型提供一種鐵路車載裝置掃描邊坡狀態(tài)的系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)的實時動態(tài)采集，獲取鐵路邊坡三維形貌狀態(tài)，實現(xiàn)鐵路邊坡高質(zhì)量信息的獲取，該系統(tǒng)能構(gòu)對鐵路邊坡的三維形貌狀態(tài)及穩(wěn)定狀態(tài)進行識別與判別。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是它主要由激光掃描裝置(包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)接口模塊)、車載移動裝置、定位裝置、供電裝置以及計算機五部分組成。激光掃描裝置安裝在車載移動裝置上，采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)接口模塊內(nèi)置于激光掃描裝置中，激光掃描裝置通過數(shù)據(jù)傳輸線與計算機相連接，激光掃描裝置能夠在運動過程中對鐵路邊坡的狀態(tài)進行掃描；定位裝置同樣安裝在車載移動裝置上，并通過數(shù)據(jù)線與計算機相連接；供電裝置分別與激光掃描裝置、定位裝置相連接。車載掃描檢測系統(tǒng)對鐵路邊坡進行掃描時，激光掃描裝置中的掃描模塊獲取鐵路邊坡的點云數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理模塊得到鐵路邊坡表面準確的三維空間坐標，數(shù)據(jù)接口模塊結(jié)合三維CAD及可視化技術(shù)，利用處理后的準確三維空間坐標，在CAD中建立三維空間模型，并與現(xiàn)有常用的CAE軟件進行數(shù)據(jù)交換，完成三維模型的導(dǎo)入導(dǎo)出。該檢測系統(tǒng)實現(xiàn)了通過車載移動模式獲取大量的鐵路沿線邊坡狀態(tài)特征的檢測與評估。所述的數(shù)據(jù)采集模塊是激光掃描儀在運動過程中實時采集激光光刀在鐵路邊坡表面上的掃描光帶，獲取初始的點云數(shù)據(jù)。所述的數(shù)據(jù)處理模塊是將掃描到的點云數(shù)據(jù)送入計算機，利用相關(guān)算法進行處理，得到鐵路邊坡表面準確的三維空間坐標。所述的數(shù)據(jù)接口模塊是結(jié)合三維CAD及可視化技術(shù)，通過二次開發(fā)，在CAD中建立三維空間模型，并與現(xiàn)有常用的CAE軟件進行數(shù)據(jù)交換，從而進行鐵路邊坡狀態(tài)的評估。所述的車載移動裝置是實現(xiàn)鐵路邊坡數(shù)據(jù)動態(tài)采集的基礎(chǔ)，是能夠在鐵路限界內(nèi)移動的車輛，可進行不同速度下的檢測需求。所述的供電裝置是給激光掃描系統(tǒng)進行供電的設(shè)備，為直流24伏。所述的定位裝置是主要為基于GPS以及多普勒技術(shù)的相關(guān)裝置，對掃描鐵路邊坡的里程、長度以及車載裝置運行的位置進行記錄，實現(xiàn)鐵路各個邊坡的快速定位與信息查找，安裝高度距離鋼軌表面一定距離。該實用新型可及時更新邊坡狀態(tài)數(shù)據(jù)，不僅不影響車輛的正常運行，且更和實際車況相同，保證了檢測可在列車高速行駛下進行，并且直接可以得到評估邊坡狀況各指標的數(shù)值。為判別邊坡重點監(jiān)測位置、初步評估穩(wěn)定性趨勢提供基礎(chǔ)，為我國鐵路工務(wù)部門系統(tǒng)掌握鐵路沿線邊坡特征提供支持，為邊坡信息化管理提供可靠依據(jù)。

[0016]以下附圖僅旨在對本實用新型做示意性說明和解釋。圖I是本實用新型檢測原理圖。圖2是本實用新型檢測系統(tǒng)構(gòu)成圖。圖中I.鐵路邊坡車載掃描檢測系統(tǒng)，2.車載移動裝置，3.激光掃描裝置，4.定位裝置，5.供電裝置，6.掃描模塊，7.數(shù)據(jù)處理模塊，8.數(shù)據(jù)接口模塊，9.鐵路邊坡，10.計算機。
具體實施方式
圖I中，當車載移動裝置接近被檢測鐵路邊坡(9)時，啟動激光掃描裝置(3)，進行掃描模塊起始參數(shù)設(shè)置，并查詢其他模塊的運行狀態(tài)，開始檢測時，利用定位裝置(4)進行鐵路邊坡掃描起始點的標記，當車載移動裝置沿著軌道向前移動時，激光掃描裝置(3)中的掃描模塊(6)將對鐵路邊坡進行掃描，獲取點云數(shù)據(jù)，隨即通過內(nèi)置的數(shù)據(jù)處理模塊·
(7)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維空間坐標，通過數(shù)據(jù)接口模塊(8)與計算機(10)在CAD中形成鐵路邊坡實時的三維空間模型，并與現(xiàn)有常用的CAE軟件進行數(shù)據(jù)交換，從而進行鐵路邊坡狀態(tài)的評估。在圖2所示實施例中，鐵路邊坡車載掃描檢測系統(tǒng)(I)由車載移動裝置(2)，激光掃描裝置(3)與定位裝置(4)、供電裝置(5)以及計算機(10)組成。掃描模塊￠)，數(shù)據(jù)處理模塊(7)，數(shù)據(jù)接口模塊(8)都內(nèi)置于激光掃描裝置(3)中，激光掃描裝置(3)、定位裝置
(4)與計算機(10)通過數(shù)據(jù)線相連接，供電裝置(5)給激光掃描裝置(3)和定位裝置(4)進行供電。
權(quán)利要求1.鐵路邊坡車載掃描檢測系統(tǒng)，其特征在于激光掃描裝置安裝在車載移動裝置上，激光掃描裝置通過數(shù)據(jù)線與計算機相連接；定位裝置同樣安裝在車載移動裝置上，并通過數(shù)據(jù)線與計算機相連接；供電裝置分別與激光掃描裝置、定位裝置相連接。
2.權(quán)利要求I中所述的鐵路邊坡車載掃描檢測系統(tǒng)，其特征在于激光掃描裝置能夠在運動過程中對鐵路邊坡的狀態(tài)進行掃描。
3.權(quán)利要求I中所述的鐵路邊坡車載掃描檢測系統(tǒng)，其特征在于車載移動裝置為能夠在鐵路限界內(nèi)移動的車輛。
4.權(quán)利要求I中所述的鐵路邊坡車載掃描檢測系統(tǒng)，其特征在于定位裝置主要為基于GPS以及多普勒技術(shù)的相關(guān)裝置。
專利摘要本實用新型提供一種鐵路邊坡車載掃描檢測系統(tǒng)，它主要由激光掃描裝置、車載移動裝置、定位裝置、供電裝置以及計算機五部分組成。激光掃描裝置與定位裝置安裝在車載移動裝置上，并分別通過數(shù)據(jù)線與計算機相連接；供電裝置分別與激光掃描裝置、定位裝置相連接。該檢測系統(tǒng)中的激光掃描裝置與車載裝置，能夠在快速運動條件下獲取鐵路邊坡狀態(tài)特征，定位裝置能夠?qū)﹁F路邊坡里程、長度、車載裝置運行的位置進行實時記錄。通過該檢測系統(tǒng)，最終實現(xiàn)鐵路各個邊坡的快速定位、信息查找與狀態(tài)評估。本實用新型的有益效果為不但能對鐵路邊坡的檢測能到達到高效、不干擾行車、準確度高的要求，而且還能準確的對鐵路邊坡的穩(wěn)定性狀況進行科學(xué)的評價。
文檔編號G01B11/24GK202793331SQ20112052541
公開日2013年3月13日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者張千里, 葉陽升, 史存林, 韓自力, 蔡德鉤, 馬偉斌, 朱忠林, 劉杰, 程愛君, 王立軍, 付兵先, 閆宏業(yè), 姚建平, 程遠水, 陳 峰, 吳敏敏, 郭小雄 申請人:中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所