基于激光雷達(dá)的鐵路接觸網(wǎng)幾何參數(shù)分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于激光雷達(dá)的鐵路接觸網(wǎng)幾何參數(shù)分析方法，步驟為：1）采用單線激光雷達(dá)進(jìn)行掃描，在掃描范圍內(nèi)獲得多個連續(xù)的掃描數(shù)據(jù)，將掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為空間直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)；2）將空間直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)按時間順序或位移順序進(jìn)行排序，選取導(dǎo)高和拉出值處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)；3）查找有效數(shù)據(jù)的每行數(shù)據(jù)中最小導(dǎo)高值對應(yīng)的點(diǎn)，得到火車運(yùn)行時受電弓和接觸線的接觸位置；將有效數(shù)據(jù)按照距離進(jìn)行分類，計算每一類數(shù)據(jù)中拉出值的極值點(diǎn)，得到支柱所在位置。本發(fā)明具有測量值連續(xù)、檢測效率高、能夠?qū)す饫走_(dá)掃描的連續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、有效的處理并智能識別接觸線及支柱位置的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】基于激光雷達(dá)的鐵路接觸網(wǎng)幾何參數(shù)分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于激光雷達(dá)的鐵路或地鐵接觸網(wǎng)幾何參數(shù)分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵路或地鐵中，為保證接觸網(wǎng)供電的安全可靠，需要周期性的對接觸網(wǎng)幾何參數(shù)進(jìn)行檢測，以保證行車安全。接觸網(wǎng)幾何參數(shù)參數(shù)包括接觸線高度(以下簡稱為導(dǎo)高)、接觸線拉出值(以下簡稱為拉出值)、側(cè)面限界等，其中導(dǎo)高和拉出值是以兩鐵軌中心點(diǎn)為原點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，支柱位置為側(cè)面限界的重要指標(biāo)。
[0003]現(xiàn)有檢測技術(shù)中，對于鐵路或地鐵接觸網(wǎng)幾何參數(shù)的檢測，例如導(dǎo)高和拉出值等，一種方法為采用攝像頭進(jìn)行檢測，通過攝像頭的測距來確定接觸網(wǎng)的空間位置，然而由于采用了攝像頭，檢測所需的成本較高、圖像處理數(shù)據(jù)量較大，且其測量結(jié)果受光線影響較為嚴(yán)重；另一種是采用激光測量儀(例如DJJ-8激光測量儀)進(jìn)行人工檢測，通常是由人工利用激光進(jìn)行單點(diǎn)對準(zhǔn)并進(jìn)行測距，每次只能測量一個點(diǎn)數(shù)據(jù)，且由于無法準(zhǔn)確對準(zhǔn)接觸線的最低端，人工對準(zhǔn)的精度較低，因此此類方案測量效率較低、采樣數(shù)據(jù)量較少且測量值不連續(xù)，造成分析結(jié)果誤差較大，從檢測數(shù)據(jù)中施工方或驗收方無法直觀的了解接觸線的空間位置。
[0004]采用基于激光雷達(dá)連續(xù)掃描以實(shí)時檢測接觸網(wǎng)幾何參數(shù)的方法，由激光雷達(dá)每掃描一次返回一行數(shù)據(jù)，一次測量能夠獲得連續(xù)的多個掃描數(shù)據(jù)，能夠有效提高測量的效率及精度。掃描的這些數(shù)據(jù)是在以激光雷達(dá)為原點(diǎn)，垂直于鐵軌延伸方向的平面中極坐標(biāo)距離數(shù)據(jù)，每行數(shù)據(jù)還包括時間(精確到毫秒)和激光雷達(dá)的位移，其中時間可以通過電腦的時間確定、位移數(shù)據(jù)需要一個和雷達(dá)固定在一起的位移計采集。
[0005]如圖1、2所示，采用激光雷達(dá)掃描檢測接觸線幾何參數(shù)原理，假設(shè)接觸線極坐標(biāo)長度變量為X，則滿足下式:
[0006]H=H0+h=H ο+xcosα
[0007]z=xsin α
[0008]其中式中:Η—接觸線高度
[0009]h—接觸線至激光發(fā)射點(diǎn)所在水平面的距離
[0010]z—拉出值
[0011 ] Htl—激光雷達(dá)掃描點(diǎn)距軌面高度
[0012]α 一激光雷達(dá)中心軸線同掃描激光束的夾角。
[0013]激光雷達(dá)進(jìn)行連續(xù)數(shù)據(jù)掃描時，掃描方向平面垂直于鐵軌延伸方向同時沿鐵軌方向運(yùn)動，并保持與鐵軌的高度和偏移量不變。由于鐵路或地鐵接觸網(wǎng)高度一般在4-7米范圍內(nèi)，激光雷達(dá)掃描角度分辨率小于0.1度，接觸線直徑10-20毫米，理想的情況是激光雷達(dá)能在接觸線上掃描到3-5個點(diǎn)，因此激光雷達(dá)角度分辨率越小越好，否則在4-7米的距離無法掃描到接觸線。激光雷達(dá)掃描頻率應(yīng)與其沿鐵軌方向運(yùn)動速度相關(guān)，速度越快，掃描頻率也要越高，理想的情況是保證每米位移能掃描10次。
[0014]采用激光雷達(dá)進(jìn)行連續(xù)掃能夠獲得多個連續(xù)的掃描數(shù)據(jù)，解決單點(diǎn)檢測效率低等問題，然而通過獲得的連續(xù)數(shù)據(jù)并不能直接獲得接觸網(wǎng)的側(cè)面限界等幾何參數(shù)，施工方或驗收方也無法直觀的了解接觸線的空間位置，因此要獲取接觸網(wǎng)幾何參數(shù)，還需要對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。直接處理檢測得到的大量連續(xù)數(shù)據(jù)會導(dǎo)致檢測速度及效率的下降，且掃描獲得的數(shù)據(jù)中還存在大量的非有效數(shù)據(jù)，增加不必要的數(shù)據(jù)處理量的同時影響檢測的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)方法簡單、測量值連續(xù)、檢測效率高、能夠?qū)す饫走_(dá)掃描的連續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、有效的處理并智能識別接觸線及支柱位置的基于激光雷達(dá)的鐵路接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測方法。
[0016]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為:
[0017]一種基于激光雷達(dá)的鐵路接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測方法，其特征在于，步驟為:
[0018](I)采用單線激光雷達(dá)進(jìn)行掃描，在掃描范圍內(nèi)獲得多個連續(xù)的掃描數(shù)據(jù)并將所述掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為空間直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)；
[0019](2)將所述空間直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)按時間順序或位移順序進(jìn)行排序，選取導(dǎo)高和拉出值處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，得到檢測的有效數(shù)據(jù)；
[0020](3)查找所述有效數(shù)據(jù)的每行數(shù)據(jù)中最小導(dǎo)高值對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，得到列車運(yùn)行時受電弓和接觸線的接觸位置；將有效數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)間的距離進(jìn)行分類并計算分類后每一類數(shù)據(jù)中拉出值的極值點(diǎn)，查找所述極值點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，得到支柱所在位置。
[0021]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟(I)中將所述掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為空間直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)的具體步驟為:
[0022](1.1)輸入所述掃描數(shù)據(jù)作為原始極坐標(biāo)數(shù)據(jù)，根據(jù)相鄰數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性去除數(shù)據(jù)中的冗余數(shù)據(jù)，得到化簡后的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)；
[0023](1.2)將化簡后的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為空間直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，并加上激光雷達(dá)相對于鐵軌的高度和偏移量，得到轉(zhuǎn)換后的空間直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)。
[0024]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟(2)中導(dǎo)高和拉出值預(yù)設(shè)范圍的具體設(shè)置方法為:拉出值預(yù)設(shè)范圍為-600mm?600mm，當(dāng)為高速鐵路時，導(dǎo)高預(yù)設(shè)范圍為5000mm?5800mm ;當(dāng)為普速鐵路時，導(dǎo)高預(yù)設(shè)范圍為5800mm?6600mm ;當(dāng)為架空地鐵時，導(dǎo)高預(yù)設(shè)范圍為 3600mm ?4400mm。
[0025]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟(2)中還包括選取導(dǎo)高和拉出值處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)流程后的數(shù)據(jù)化簡流程，其具體實(shí)施步驟為:
[0026](2.1)數(shù)據(jù)合并:當(dāng)數(shù)據(jù)為按位移順序排序時，將預(yù)設(shè)位移范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)合并為一個數(shù)據(jù)；當(dāng)數(shù)據(jù)為按時間順序排序時，將預(yù)設(shè)位移范圍對應(yīng)的時間間隔內(nèi)的數(shù)據(jù)合并為一個數(shù)據(jù)；
[0027](2.2)濾波:對合并后的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，去除連續(xù)突變的數(shù)據(jù)后輸出。
[0028]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟(2.1)中預(yù)設(shè)位移范圍為lm。
[0029]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟(2.2)中濾波采用均值濾波。[0030]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟(3)中分類流程后、計算極值點(diǎn)流程前還包括最優(yōu)估計流程，具體實(shí)施方法為:對分類后的數(shù)據(jù)采用卡爾曼濾波進(jìn)行最優(yōu)估計，輸出每類數(shù)據(jù)的最優(yōu)估計。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0032](I)本發(fā)明通過采用單線雷達(dá)進(jìn)行掃描，只需要固定雷達(dá)掃描范圍，不需要進(jìn)行人工對準(zhǔn)，雷達(dá)掃描頻率可以滿足數(shù)據(jù)量的采樣要求，能夠得到連續(xù)的測量數(shù)據(jù)、檢測效率高且測量精度高。
[0033](2)本發(fā)明通過對激光雷達(dá)掃描得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將接觸網(wǎng)的導(dǎo)高、拉出值以位移或者時間的順序進(jìn)行直觀的顯示，使施工方或驗收方能夠直觀的觀測到接觸網(wǎng)的幾何參數(shù)數(shù)據(jù)，便于進(jìn)行分析判斷；通過去除冗余度、合并臨近點(diǎn)以及濾波等對掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行化簡處理，去除不必要的分析數(shù)據(jù)，大大減少了數(shù)據(jù)處理量，從而提高數(shù)據(jù)處理速度及檢測效率。
[0034](3)本發(fā)明通過對獲得的連續(xù)的導(dǎo)高、拉出值進(jìn)行分析，查找出火車運(yùn)行時受電弓和接觸線接觸的位置以及支柱所在的位置，實(shí)現(xiàn)智能識別接觸線的空間位置，使施工方或驗收方能夠直觀的了解到接觸線空間位置信息，保障列車供電及行車安全。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1是采用激光雷達(dá)檢測接觸線幾何參數(shù)中直線區(qū)段檢測原理示意圖。
[0036]圖2是采用激光雷達(dá)檢測接觸線幾何參數(shù)中曲線區(qū)段檢測原理示意圖。
[0037]圖3是本實(shí)施例基于激光雷達(dá)的鐵路接觸網(wǎng)幾何參數(shù)分析方法流程示意圖。
[0038]圖4是本發(fā)明具體實(shí)施例中基于激光雷達(dá)的鐵路接觸網(wǎng)幾何參數(shù)分析方法流程示意圖。
[0039]圖5是本實(shí)施例中幾何參數(shù)以位移方式顯示的數(shù)據(jù)結(jié)果示意圖。
[0040]圖6是本實(shí)施例中幾何參數(shù)以時間方式顯示的數(shù)據(jù)結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0042]如圖3所示，本實(shí)施例基于激光雷達(dá)的鐵路接觸網(wǎng)幾何參數(shù)分析方法流程，步驟為:
[0043]( I)采用單線激光雷達(dá)進(jìn)行掃描，在掃描范圍內(nèi)獲得多個連續(xù)的掃描數(shù)據(jù)并將所述掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為空間直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)；
[0044](2)將所述空間直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)按時間順序或位移順序進(jìn)行排序，選取導(dǎo)高和拉出值處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，得到檢測的有效數(shù)據(jù)；
[0045](3)查找所述有效數(shù)據(jù)的每行數(shù)據(jù)中最小導(dǎo)高值對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，得到列車運(yùn)行時受電弓和接觸線的接觸位置；將所述有效數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)間的距離進(jìn)行分類并計算分類后每一類數(shù)據(jù)中拉出值的極值點(diǎn)，查找所述極值點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，得到支柱所在位置。
[0046]本發(fā)明通過采用單線雷達(dá)進(jìn)行掃描，只需要固定雷達(dá)掃描范圍，不需要進(jìn)行人工對準(zhǔn)，雷達(dá)掃描頻率可以按照采樣要求進(jìn)行設(shè)置并得到連續(xù)的測量數(shù)據(jù)，使得檢測效率高且測量精度高。
[0047]本發(fā)明通過對激光雷達(dá)掃描得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將接觸網(wǎng)的導(dǎo)高、拉出值以位移或者時間的順序進(jìn)行直觀的顯示，使施工方或驗收方能夠直觀的觀測到接觸網(wǎng)的幾何參數(shù)數(shù)據(jù)，便于進(jìn)行分析判斷。
[0048]本發(fā)明通過對獲得的連續(xù)的導(dǎo)高、拉出值進(jìn)行分析，查找出火車運(yùn)行時受電弓和接觸線接觸的位置以及支柱所在的位置，實(shí)現(xiàn)智能識別接觸線的空間位置，保障列車供電及行車安全。
[0049]如圖4所示，本發(fā)明具體實(shí)施例中基于激光雷達(dá)的鐵路接觸網(wǎng)幾何參數(shù)分析方法流程，步驟為:
[0050](I)化簡原始極坐標(biāo)數(shù)據(jù):采用單線雷達(dá)進(jìn)行掃描，固定掃描范圍并在掃描范圍內(nèi)獲得多個連續(xù)的掃描數(shù)據(jù)，將掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行去除冗余度化簡。
[0051]激光雷達(dá)掃描獲得的掃描數(shù)據(jù)即為原始極坐標(biāo)數(shù)據(jù)，由于激光雷達(dá)掃描的角度比較小，對同一個物體的掃描也會返回一連串的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)相鄰并且數(shù)據(jù)差值較小，因此可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性將雷達(dá)掃描的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行化簡，去除冗余數(shù)據(jù)以減少數(shù)據(jù)量。
[0052]本發(fā)明采用單線雷達(dá)進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描，能夠?qū)崿F(xiàn)計算機(jī)自動、實(shí)時連續(xù)、高精度、快速的檢測電氣化鐵路接觸網(wǎng)各項參數(shù)，工作效率是單點(diǎn)測距的10倍以上、工作精度為單點(diǎn)測距的2倍以上。
[0053](2)空間直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換:將化簡后的掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為空間直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，并加上激光雷達(dá)相對于鐵軌的高度和偏移量，即承載激光雷達(dá)的小車相對于鐵軌的高度和偏移量。
[0054]激光雷達(dá)每次掃描的數(shù)據(jù)是以激光雷達(dá)為原點(diǎn)的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)，鐵路(或者為地鐵)接觸網(wǎng)檢測導(dǎo)高和拉出值是以兩鐵軌中心點(diǎn)為原點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，其X軸對應(yīng)鐵軌延伸方向，Y軸平行于地平面垂直于鐵軌延伸方向，Z軸垂直于地平面并指向天空。因此需要將掃描獲得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為空間直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，并加上激光雷達(dá)相對于鐵軌的高度和偏移量。(3)數(shù)據(jù)排序:將空間直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)按時間順序或位移順序進(jìn)行排序。
[0055]本實(shí)施例中，可以將轉(zhuǎn)換為空間直角坐標(biāo)系的數(shù)據(jù)按位移方式或時間方式進(jìn)行排序，連續(xù)的顯示每個數(shù)據(jù)點(diǎn)對應(yīng)的導(dǎo)高值以及拉出值。
[0056]按照位移方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)時，現(xiàn)場人員能夠?qū)崟r掌握接觸網(wǎng)的幾何參數(shù)情況，便于及時調(diào)整和復(fù)測，以X軸數(shù)據(jù)是位移量，Y軸數(shù)據(jù)是接觸線拉出值，Z軸數(shù)據(jù)是接觸線高度。按照時間方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)時，以X軸數(shù)據(jù)是時間，Y軸數(shù)據(jù)是接觸線拉出值，Z軸數(shù)據(jù)是接觸線高度。在激光雷達(dá)沿鐵軌方向勻速運(yùn)動的情況下，兩種方式呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)軌跡是相似的。
[0057]由于激光雷達(dá)輸出的數(shù)據(jù)是按照時間順序輸出的，因此按時間方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)時，不需要進(jìn)行再排序。而由于雷達(dá)運(yùn)動速度是可變的，運(yùn)動方向甚至可以變化為與原運(yùn)動方向相反的方向，若雷達(dá)一開始沿X軸正向運(yùn)動，運(yùn)動一段時間后也可以沿X軸反方向運(yùn)動，因此按位移方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)需要將位移數(shù)據(jù)按升序進(jìn)行排列。
[0058](4)窗口范圍設(shè)置:設(shè)置接觸線的導(dǎo)高和拉出值的窗口范圍，選取排序后處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。
[0059]按照施工標(biāo)準(zhǔn)，一段鐵路或地鐵接觸線的導(dǎo)高和拉出值處于一個固定范圍內(nèi)，范圍以外的數(shù)據(jù)位激光雷達(dá)掃描到的非接觸線的障礙物數(shù)據(jù)或是嚴(yán)重不符合施工標(biāo)準(zhǔn)的接觸線數(shù)據(jù)。
[0060]本實(shí)施例中，設(shè)置高速鐵路導(dǎo)高范圍為5000mm?5800mm，普速鐵路導(dǎo)高范圍為5800mm?6600mm，架空地鐵導(dǎo)高范圍為3600mm?4400mm，拉出值的范圍則均為_600mm?600_。根據(jù)實(shí)際工況選取每行掃描數(shù)據(jù)中預(yù)設(shè)范圍窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，窗口以外的數(shù)據(jù)不做分析。
[0061 ] ( 5 )數(shù)據(jù)處理:將處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并化簡，并將合并化簡后的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，去除連續(xù)變化的數(shù)據(jù)后輸出。
[0062]接觸線是剛性材料且按照施工標(biāo)準(zhǔn)的約束，短距離內(nèi)接觸線的導(dǎo)高和拉出值一般不會發(fā)生突變，基于此可以進(jìn)行數(shù)據(jù)化簡。
[0063]本實(shí)施例中，設(shè)置位移范圍為lm，若按位移方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，在YZ平面上將Im位移內(nèi)的臨近的數(shù)據(jù)點(diǎn)合并化簡為一個點(diǎn)；若按時間方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)雷達(dá)的運(yùn)動速度估算出Im位移的時間間隔，在YZ平面上將估算得出的時間間隔內(nèi)臨近的數(shù)據(jù)點(diǎn)合并化簡為一個點(diǎn)。
[0064]鐵軌上方一般只有一根接觸線，而只有在兩個接觸線交匯的地方，才會出現(xiàn)兩根接觸線。因此，在短距離內(nèi)接觸線的數(shù)量并不會發(fā)生連續(xù)變化。據(jù)此可以對合并化簡后的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步濾波處理，去除數(shù)量連續(xù)突變的數(shù)據(jù)。
[0065]本實(shí)施例中，對合并化簡后的數(shù)據(jù)進(jìn)行均值濾波，去除數(shù)量連續(xù)突變的數(shù)據(jù)。
[0066]本發(fā)明通過去除冗余度、合并臨近的數(shù)據(jù)點(diǎn)以及濾波對由激光雷達(dá)掃描獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行化簡，去除不必要分析的數(shù)據(jù)，大大減少了實(shí)際需要處理的數(shù)據(jù)量，有效的提高了數(shù)據(jù)處理速度及檢測效率。
[0067]( 6 )數(shù)據(jù)分類:將經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)按照距離進(jìn)行分類，每一類表示一根接觸線。
[0068]本實(shí)施例中，將在空間直角坐標(biāo)系中距離不大于IOOmm的臨近點(diǎn)歸為一類，即表示一根接觸線。
[0069](7)優(yōu)化處理:對得到的每一類數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波，得到最優(yōu)的數(shù)據(jù)估計。
[0070]本實(shí)施例中，將得到的每一類數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波，得到最優(yōu)的數(shù)據(jù)估計并將每一類數(shù)據(jù)以圖像形式呈現(xiàn)出來，使施工方或驗收方能夠直觀的了解接觸線的空間位置。
[0071](8)空間位置的確定:查找出優(yōu)化處理后的每行數(shù)據(jù)中最小導(dǎo)高值對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，即為火車運(yùn)行時受電弓和接觸線接觸的位置，求出相鄰最小導(dǎo)高值對應(yīng)點(diǎn)的高差；計算每一類數(shù)據(jù)中拉出值的極值點(diǎn)，極值點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)即為支柱所在位置。
[0072]本實(shí)施例中，受電弓和接觸線接觸的位置以柱狀圖形式進(jìn)行呈現(xiàn)，根據(jù)得到的支柱所在位置標(biāo)注相應(yīng)的支柱編號以及對應(yīng)的導(dǎo)高和拉出值，使施工方或驗收方能夠直觀的了解到接觸線空間位置信息，當(dāng)然在其他實(shí)施例中接觸線空間位置信息也可以采用其他呈現(xiàn)方式。
[0073]本發(fā)明檢測得到的接觸網(wǎng)幾何參數(shù)包括:導(dǎo)高、拉出值、相鄰定位點(diǎn)高差、相鄰吊線點(diǎn)高差以及支柱位置，并將各幾何參數(shù)通過圖形形式進(jìn)行顯示，使施工方或驗收方能夠直觀的了解到接觸線空間位置信息。
[0074]如圖5所示，本實(shí)施例中幾何參數(shù)以位移方式顯示的結(jié)果，結(jié)果圖形由上到下分為3部分,第一部分為接觸線聞度(導(dǎo)聞)，第二部分為拉出值信息，第三部分為相鄰接觸線高差信息，單位均為mm ;X坐標(biāo)為距離，單位為m。第一部分橫坐標(biāo)中100#、102#......114#
為支柱標(biāo)號，根據(jù)結(jié)果可以進(jìn)一步的得到接觸線所有的幾何參數(shù)信息和超限信息，超限信息即為超過預(yù)定范圍的幾何參數(shù)信息。
[0075]如圖6所示，本實(shí)施例中幾何參數(shù)以時間方式顯示的結(jié)果，結(jié)果圖形由上到下分為3部分,第一部分為接觸線聞度(導(dǎo)聞)，第二部分為拉出值信息，第三部分為相鄰接觸線高差信息，單位均為mm ;X坐標(biāo)為時間且精確到ms，圖中時間表示格式為:時:分:秒.毫秒。
第一部分橫坐標(biāo)中100#、102#......114#為支柱標(biāo)號，根據(jù)幾何參數(shù)結(jié)果可以進(jìn)一步的得
至IJ接觸線所有的幾何參數(shù)信息和超限信息。
[0076]本實(shí)施例中，通過對X軸的比例調(diào)整，可以觀察接觸線整體走勢以及相鄰點(diǎn)的高差大小，使施工方或驗收方能夠了解到更為全面的接觸線空間位置。對于特殊的支柱，可以通過手動添加、刪除或自定義非連續(xù)的標(biāo)桿編號處理，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0077]本實(shí)施例中，將相鄰支柱導(dǎo)高數(shù)據(jù)和超限數(shù)據(jù)導(dǎo)出，當(dāng)數(shù)據(jù)量比較大的時候，根據(jù)幾何參數(shù)要求可以快速了解整段接觸線中存在問題的支柱。判定接觸線是否存在問題的方法為:I)判斷接觸線的平順性，例如在高鐵中要求接觸線具有好的平順性，即接觸線的斜率需要滿足在千分之三以內(nèi)，甚至為零。通過幾何參數(shù)以位移方式或時間顯示的結(jié)果圖可以直觀的看出接觸線是否平順，例如按照高鐵中的接觸線平順性的要求，圖3、圖4中的的102#支柱的平順性不滿足要求，需要對其進(jìn)行重新調(diào)整；2)判斷拉出值，高鐵中接觸網(wǎng)拉出值要求在300mm以內(nèi)，若拉出值超出或者過小需要分析原因并進(jìn)行調(diào)整；3)判斷高差，從圖3、圖4中的高差圖可以看出，102#支柱附近的接觸線高差明顯偏高，其高差接近或者超過10_，可以判斷接觸線存在問題。在其他實(shí)施例中，還可以根據(jù)其他幾何參數(shù)的要求判斷接觸線是否存在問題。
[0078]本實(shí)施例中，將分析修改后的數(shù)據(jù)保存成jpg格式的圖片，以進(jìn)行結(jié)果的分析及比對。
[0079]本發(fā)明通過對激光雷達(dá)掃描得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將接觸網(wǎng)的導(dǎo)高、拉出值以位移或者時間的順序進(jìn)行直觀的顯示，使施工方或驗收方能夠直觀的觀測到接觸網(wǎng)導(dǎo)高、拉出值、相鄰定位點(diǎn)高差、相鄰吊線點(diǎn)高差以及支柱位置，根據(jù)各幾何參數(shù)的具體要求可以分析得出接觸線的問題；通過對獲得的連續(xù)的導(dǎo)高、拉出值進(jìn)行分析，查找出火車運(yùn)行時受電弓和接觸線接觸的位置以及支柱所在的位置，實(shí)現(xiàn)智能識別接觸線的空間位置，使施工方或驗收方能夠直觀的了解到接觸線空間位置信息，保障列車供電及行車安全。
[0080]上述只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于激光雷達(dá)的鐵路接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測方法，其特征在于，步驟為: (1)采用單線激光雷達(dá)進(jìn)行掃描，在掃描范圍內(nèi)獲得多個連續(xù)的掃描數(shù)據(jù)并將所述掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為空間直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)； (2)將所述空間直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)按時間順序或位移順序進(jìn)行排序，選取導(dǎo)高和拉出值處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，得到檢測的有效數(shù)據(jù)； (3)查找所述有效數(shù)據(jù)的每行數(shù)據(jù)中最小導(dǎo)高值對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，得到列車運(yùn)行時受電弓和接觸線的接觸位置；將所述有效數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)間的距離進(jìn)行分類并計算分類后每一類數(shù)據(jù)中拉出值的極值點(diǎn)，查找所述極值點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，得到支柱所在位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測方法，其特征在于，所述步驟(I)中將所述掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為空間直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)的具體步驟為: (1.1)輸入所述掃描數(shù)據(jù)作為原始極坐標(biāo)數(shù)據(jù)，根據(jù)相鄰數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性去除數(shù)據(jù)中的冗余數(shù)據(jù)，得到化簡后的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)； (1.2)將化簡后的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為空間直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，并加上激光雷達(dá)相對于鐵軌的高度和偏移量，得到轉(zhuǎn)換后的空間直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵路接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測方法，其特征在于，所述步驟(2)中導(dǎo)高和拉出值預(yù)設(shè)范圍的具體設(shè)置方法為:拉出值預(yù)設(shè)范圍為_600_?600_，當(dāng)為高速鐵路時，導(dǎo)高預(yù)設(shè)范圍為5000mm?5800mm ;當(dāng)為普速鐵路時，導(dǎo)高預(yù)設(shè)范圍為5800mm?6600mm ;當(dāng)為架空地鐵時，導(dǎo)高預(yù)設(shè)范圍為3600mm?4400mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵路接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測方法，其特征在于，所述步驟(2)中還包括選取導(dǎo)高和拉出值處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)流程后的數(shù)據(jù)化簡流程，其具體實(shí)施步驟為: (2.1)數(shù)據(jù)合并:當(dāng)數(shù)據(jù)為按位移順序排序時，將預(yù)設(shè)位移范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)合并為一個數(shù)據(jù)；當(dāng)數(shù)據(jù)為按時間順序排序時，將預(yù)設(shè)位移范圍對應(yīng)的時間間隔內(nèi)的數(shù)據(jù)合并為一個數(shù)據(jù)； (2.2)濾波:對合并后的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，去除連續(xù)突變的數(shù)據(jù)后輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4任意一項所述的鐵路接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測方法，其特征在于:所述步驟(2.1)中預(yù)設(shè)位移范圍為lm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵路接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測方法，其特征在于，所述步驟(2.2)中濾波采用均值濾波。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?5任意一項所述的鐵路接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測方法，其特征在于，所述步驟(3)中分類流程后、計算極值點(diǎn)流程前還包括最優(yōu)估計流程，具體實(shí)現(xiàn)方法為:對分類后的數(shù)據(jù)采用卡爾曼濾波進(jìn)行最優(yōu)估計，輸出每類數(shù)據(jù)的最優(yōu)估計。
【文檔編號】G01B11/00GK103852011SQ201410105473
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】宋學(xué)謙, 徐成, 李 杰, 黃立平, 肖俊, 秦云川, 舒攀, 蔡幼奇 申請人:北京天格高通科技有限公司