CN103569155A - 一种轨道建筑空间信息检测系统及方法 - Google Patents

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本发明涉及一种轨道建筑空间信息检测系统和方法，其系统包括检测车、设在检测车上的光电编码器、光电接近传感器、激光扫描仪、计算机以及沿轨道等间隔设置的信标，所述的检测车沿轨道移动，所述的光电编码器有两个，分别设在检测车的一根轮轴的两端，所述的光电接近传感器设在检测车底部，所述的激光扫描仪、光电编码器和光电接近传感器均与计算机连接；其方法依次包括车轮的行程信息和方向信息采集、行程数据校正、同步信号绑定、曲直度计算以及3D坐标转换等步骤。与现有技术相比，本发明具有成本低、测量简单、功能有效、适应性强等优点。

Description

一种轨道建筑空间信息检测系统及方法
技术领域
本发明涉及一种轨道建筑空间信息检测系统及方法，尤其是涉及一种可记录轨道线路曲直度的轨道建筑空间信息检测系统及方法。
背景技术
城市轨道交通运营管理的发展，需要对地下隧道的轨道线路沿线建筑空间形状进行记录，作为数字化维护保障管理信息系统的空间数据库。将3D激光扫描仪设置成2D扫描模式并安装在轨道小车上，可快速完成对沿线建筑空间形状数据的采集。由于2D扫描只能采集到独立的建筑截面数据，若要重建隧道3D建筑空间，还需要知道移动2D扫描车辆的行走路径与姿态，生成缺失的坐标信息后，才可将许多2D截面数据按照实际情况拼接起来。按常理，要使行走车辆可记录轨道曲直度行走轨迹，需要引入惯性导航(IMU)结合全球定位系统(GPS)的空间定位方法。由于IMU系统复杂且价格昂贵，在地下隧道又无法引入GPS系统，这种方法并不可行。已申请发明专利《一种城市轨道交通检修小车定位系统》(申请号201110211175.3)提出了利用光电编码器和光电传感器来检测轨道小车的行走距离，但是该专利描述的技术能检测到的行走轨迹是关于直线标量的距离，还不能获得小车在弯曲轨道上行走时的轨迹矢量。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种成本低、测量简单、可记录轨道线路曲直度的轨道建筑空间信息检测系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种轨道建筑空间信息检测系统，包括检测车、设在检测车上的光电编码器、光电接近传感器、激光扫描仪、计算机以及沿轨道等间隔设置的信标，所述的检测车沿轨道移动，所述的光电编码器有两个，分别设在检测车的一根轮轴的两端，所述的光电接近传感器设在检测车的底部，所述的激光扫描仪、光电编码器和光电接近传感器均与计算机连接。
所述的光电接近传感器有两个，安装在检测车底部行进方向的前部和后部，分别朝向检测车行进方向的后方和前方。
所述的信标为无源红外反光信标。
一种上述系统的轨道建筑空间信息检测方法，包括以下步骤：
1)光电编码器检测检测车两侧车轮的行程信息和方向信息，传送至计算机，同时光电接近传感器检测信标的回射信号，并传送至计算机；
2)计算机根据两侧车轮的行程信息计算两侧车轮的行程数据，并根据信标回射信号对该行程数据进行校正；
3)计算机接收激光扫描仪的同步信号，将该同步信号与经过校正的行程数据进行绑定；
4)计算机对绑定同步信号的行程数据进行处理，计算轨道的曲直度；
5)激光扫描仪扫描获得2D点云数据，该2D点云数据经计算机转换为标准的xyz格式文件后，经坐标变换，映射到统一的坐标系中，并填入轨道线路曲直行进轨迹的数据，生成3D点云数据。
步骤3中的同步信号由激光扫描仪的镜头旋转一圈的时间标定。
步骤4中以相邻两个同步信号之间的行程数据差值作为单位时间内的行程数据，根据该单位时间内两侧车轮的行程数据计算曲直度。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、提出了可数字记录城市轨道交通地下隧道建筑空间信息的2D移动激光扫描数据采集与处理系统，可以有效改变传统测试方案中成本高、方案复杂的缺点。
二、功能有效：采用光电编码器对左右轮行走距离检测可获取行走曲直度轨迹信息，并结合光电接近传感器可对连续记录的距离数据进行校正。
三、结构简单：车载系统由2个光电编码器、2个光电接近传感器、嵌入式计算机系统和轨道信标组成，没有电磁辐射信号对通信信号系统产生干扰、独立于与ATC(列车自动控制)有关的定位系统。
四、适用性强：由系统中的定位、同步与车辆行走部分组成的平台还适用于其它多种轨道工务检测应用。
附图说明
图1为本发明的硬件结构示意图；
图2为本发明的信息流图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种轨道建筑空间信息检测系统，包括检测车、设在检测车上的两个光电编码器1、两个光电接近传感器2、激光扫描仪5、计算机9以及沿轨道等间隔设置的信标，检测车沿轨道移动，两个光电编码器1分别设在检测车的一根轮轴的两端，用于采集两侧车轮的方向信息和行程信息，两个光电接近传感器2位于检测车底部进行方向的前、后位置，分别朝向检测车的后、前方，用于确定检测车的标称位置。激光扫描仪5、光电编码器1和光电接近传感器2均与计算机连接，由对其检测到的信息进行处理。信标为无源红外反光信标，每公里设置一个。
图2显示了采用上述系统的一种信息检测方法，包括以下步骤：
1)光电编码器1检测两侧车轮的行程信息和方向信息，发送至计算机，同时光电接近传感器2检测信标的回射信号，并发送至计算机；
2)计算机上的校正程序3根据两侧车轮的行程信息计算两侧车轮的行程数据，并根据回射信号对该行程数据进行校正；
3)计算机接收激光扫描仪5的同步信号，通过同步程序4将该同步信号与经过校正的行程数据进行同步绑定，该同步信号可以有激光扫描仪的镜头旋转一圈的时间来标定；
4)计算机的曲直度计算程序7对绑定同步信号的行程数据进行处理，以相邻两个同步信号之间的行程数据差值作为单位时间内的行程数据，根据该单位时间内两侧车轮的行程数据计算曲直度；
5)激光扫描仪扫描输出2D点云数据，该2D点云数据经计算机的转换软件6转换为标准的xyz格式文件后，计算机的坐标变换程序8对文件中的每个空间点云数据进行坐标变换，映射到统一的坐标系里，填入轨道线路曲直行进轨迹的数据，生成3D点云数据。

Claims (6)

1.一种轨道建筑空间信息检测系统，其特征在于，包括检测车、设在检测车上的光电编码器、光电接近传感器、激光扫描仪、计算机以及沿轨道等间隔设置的信标，所述的检测车沿轨道移动，所述的光电编码器有两个，分别设在检测车的一根轮轴的两端，所述的光电接近传感器设在检测车的底部，所述的激光扫描仪、光电编码器和光电接近传感器均与计算机连接。
2.根据权利要求1所述的一种轨道建筑空间信息检测系统，其特征在于，所述的光电接近传感器有两个，安装在检测车底部行进方向的前部和后部，分别朝向检测车行进方向的后方和前方。
3.根据权利要求1所述的一种轨道建筑空间信息检测系统，其特征在于，所述的信标为无源红外反光信标。
4.一种应用如权利要求1所述系统的轨道建筑空间信息检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)光电编码器检测检测车两侧车轮的行程信息和方向信息，传送至计算机，同时光电接近传感器检测信标的回射信号，并传送至计算机；
2)计算机根据两侧车轮的行程信息计算两侧车轮的行程数据，并根据信标回射信号对该行程数据进行校正；
3)计算机接收激光扫描仪的同步信号，将该同步信号与经过校正的行程数据进行绑定；
4)计算机对绑定同步信号的行程数据进行处理，计算轨道的曲直度；
5)激光扫描仪扫描获得2D点云数据，该2D点云数据经计算机转换为标准的xyz格式文件后，经坐标变换，映射到统一的坐标系中，并填入轨道线路曲直行进轨迹的数据，生成3D点云数据。
5.根据权利要求4所述的轨道建筑空间信息检测方法，其特征在于，步骤3中的同步信号由激光扫描仪的镜头旋转一圈的时间标定。
6.根据权利要求4所述的轨道建筑空间信息检测方法，其特征在于，步骤4中以相邻两个同步信号之间的行程数据差值作为单位时间内的行程数据，根据该单位时间内两侧车轮的行程数据计算曲直度。
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