CN111768112A - 一种铁路营业线施工方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁路营业线施工方法及施工系统，该方法包括如下步骤：通过激光扫描仪获取营业线的点云数据；通过拍摄装置获取营业线的实景数据；根据实景数据确定营业线的纹理数据；将纹理数据映射到点云数据得到彩色点云数据；对彩色点云数据进行坐标转换，建立点云数据的三维模型；建立营业线上设备的第一模型；将纹理数据映射到第一模型上得到第二模型；根据点云数据的三维模型和第二模型建立实景三维模型；根据实景三维模型制定施工计划。与传统的铁路营业线施工方法相比，本发明通过精准的数字化采集建立营业线的实景三维模型为施工者提供参考依据，能够避免施工过程交叉干扰，拓宽作业面、降低安全风险、降低施工难度，缩短施工周期。
Description
技术领域
本发明涉及铁路营业线施工技术领域，具体涉及一种铁路营业线施工方法及系统。
背景技术
我国营业线铁路拥有庞大货运能力而且普遍正处于增容和技术升级之中，而作为铁路电力机车的动力源泉，既有铁路(也叫既有线或营业线)的牵引供电系统也加入了改造的步伐。
营业线施工中既有牵引供电系统设备复杂程度高，为了保证运营安全，对既有设备的改造和升级过程的要求越来越严苛，而且改造时间一般在晚上列车停运的时间天窗点内，短短1-2小时，对提前布置、提前测量以及各项准备工作提出了极为严苛的要求。铁路营业线施工改造往往涉及，多专业协调施工，尤其是铁路电气化施工改造，往往除站前专业还包括站后铺架、房屋以及四电专业(通信、信号、电力、变电、牵引供电)。施工组织协调难度极大。
因此，如何建立一种高效、安全、精细化的铁路营业线施工方法，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种铁路营业线施工方法及系统，以解决由于铁路运营导致的施工时间短、难度大、协调困难的问题。
为此，本发明实施例提供了如下技术方案：
本发明第一方面提供了一种铁路营业线施工方法，该方法包括如下步骤：
通过激光扫描仪获取营业线的点云数据；
通过拍摄装置获取所述营业线的实景数据；
根据所述实景数据确定所述营业线的纹理数据；
将所述纹理数据映射到所述点云数据得到彩色点云数据；
对所述彩色点云数据进行坐标转换，建立点云数据的三维模型；
建立所述营业线上设备的第一模型；
将所述纹理数据映射到所述第一模型上得到第二模型；
根据所述点云数据的三维模型和所述第二模型建立实景三维模型；
根据所述实景三维模型制定施工计划。
进一步地，通过激光扫描仪获取所述营业线的点云数据包括：
获取每个激光扫描仪的扫描数据并通过拼接处理得到所述营业线的点云数据；其中，多个激光扫描仪交错排列布设于所述营业线两侧，相邻的两个激光扫描仪的扫描范围重叠度大于预定阈值。
进一步地，通过激光扫描仪获取所述营业线的点云数据之后还包括：
对所述营业线的点云数据进行去噪处理；
对所述营业线的点云数据进行去噪处理包括采用如下方法中的一种或几种对所述营业线的点云数据进行平滑处理：
高斯滤波法、平均滤波法、中值滤波法。
进一步地，对所述点云数据进行坐标转换包括：
获取反射靶标在目标坐标系中的坐标，其中，所述反射靶标布设于所述激光扫描仪；
根据所述反射靶标在目标坐标系中的坐标确定所述点云数据在目标坐标系中的坐标。
进一步地，所述设备包括电气设备和土建设备。
进一步地，建立所述营业线上设备的第一模型包括：
获取所述设备的CAD图纸；
根据所述CAD图纸在所述点云数据的三维模型的坐标系中建立所述设备的多个单体模型；
根据所述设备的CAD图纸和所述点云数据确定所述多个单体模型间的位置关系，并将所述多个单体模型组成复合模型，将所述复合模型作为所述第一模型。
进一步地，通过拍摄装置获取所述营业线的实景数据包括：
在天气状况相同的时间通过拍摄装置获取所述营业线的影像数据。
进一步地，根据所述点云数据的三维模型和所述第二模型建立实景三维模型之后还包括：
在所述实景三维模型中建立所述设备的属性链接；
所述属性连接包括所述设备的技术协议、厂家资料和安装图。
进一步地，根据所述实景三维模型制定施工计划包括：
获取每个工程在所述实景三维模型中的施工范围；
获取每个所述工程的目标工期；
根据所述施工范围和所述目标工期确定每个工程的施工时间，避免施工过程交叉干扰。
本发明第二方面提供了一种铁路营业线施工系统,所述铁路营业线施工系统包括：激光扫描仪、拍摄装置、处理器；
其中，所述激光扫描仪用于获取营业线的点云数据；
所述拍摄装置用于获取所述营业线的实景数据；
所述处理器用于根据所述实景数据确定所述营业线的纹理数据；将所述纹理数据映射所述点云数据得到彩色点云数据；对所述点彩色点云数据进行坐标转换，建立点云数据的三维模型；建立所述营业线上设备的第一模型；将所述纹理数据映射到所述第一模型上得到第二模型；根据所述点云数据的三维模型和所述第二模型建立实景三维模型；根据所述实景三维模型制定施工计划。
本发明实施例技术方案，具有如下优点：
本发明提供了一种铁路营业线施工方法,通过精准的数字化采集建立营业线的实景三维模型为施工者提供参考依据，能够避免施工过程交叉干扰，拓宽作业面、降低安全风险、降低施工难度，缩短施工周期。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明实施例的铁路营业线施工方法流程图。
图2为根据本发明实施例的建立营业线上设备的第一模型流程图。
图3为根据本发明实施例的根据实景三维模型制定施工计划流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
图1为根据本发明实施例的铁路营业线施工方法流程图。如图1所示，本发明公开了一种铁路营业线施工方法，该方法包括如下步骤：
S101:通过激光扫描仪获取营业线的点云数据；
S102:通过拍摄装置获取营业线的实景数据；
S103:根据实景数据确定营业线的纹理数据；
S104:将纹理数据映射到点云数据得到彩色点云数据；
S105:对彩色点云数据进行坐标转换，建立点云数据的三维模型；
S106:建立营业线上设备的第一模型；
S107:将纹理数据映射到第一模型上得到第二模型；
S108:根据点云数据的三维模型和第二模型建立实景三维模型；
S109:根据实景三维模型制定施工计划。
本实施例中，点云数据优选通过多个激光扫描仪采集后拼接获得。在建模的过程中，首先将三维激光扫描仪所扫描出的点云文件通过插件导入到3DsMax的工作界面中，由于点云数据事先引入了控制网，所以引入的点云数据中的每一个点都是带有坐标的，点云数据导入后在该位置处建模等操作便捷性低，所以我们需要人为的将其坐标中心移动至坐标原点，建模工作完成后再还原至原坐标系。将目标实体在最佳位置显示后，即可根据点云数据利用最优的建模方法将目标物按照精确的位置“复刻”出来，在建模时始终确保模型的长、宽、高与点云数据相切。由于点云数据的坐标是真实的，所以可以保证模型形状、尺寸的真实性。纹理数据优选根据图纸资料，进行实地数据采集，拍摄站内建筑、设备、景观的照片，对铁路铁轨、支柱、接触网、站台、铁路建筑物等要重点拍摄。将纹理清晰、色调均衡、色彩美观、明亮、柔和的纹理贴图映射到第一模型上得到第二模型。
与传统的铁路营业线施工方法相比，本发明通过精准的数字化采集建立营业线的实景三维模型为施工者提供参考依据，能够避免施工过程交叉干扰，拓宽作业面、降低安全风险、降低施工难度，缩短施工周期。
在一个具体的实施方式中，通过激光扫描仪获取营业线的点云数据包括：
获取每个激光扫描仪的扫描数据并通过拼接处理得到营业线的点云数据；其中，多个激光扫描仪交错排列布设于营业线两侧，相邻的两个激光扫描仪的扫描范围重叠度大于预定阈值。
本实施例中，使用RIEGLVZ-1000三维激光扫描系统进行营业线的点云数据采集，根据设计的测站位置进行扫描，尽可能扫描保证覆盖整个区域。扫描中采用之字形设点，站点之间数据互补的原则，较全面的采集到测区的全部数据；预定阈值可选为激光扫描仪扫描范围的10％或20％。根据测量需求合理设置扫描分辨率，且要保证数据利用与扫描效率兼顾的原则。建立扫描区域基准框架，将点云数据统一到目标坐标系中，实现不同位置点云数据精准匹配；可用于铁路站场设施设备的精准定位；同时也可作为测区变形监测的基础数据。
与传统的铁路营业线施工方法相比，本发明通过交错排列布设激光扫描仪能够减少激光扫描仪的使用数量，覆盖更大的面积。通过设置扫描范围重叠度大于预定阈值能够避免仪器误差影响测量结果，提高了测量的可靠性和精度。
在一个具体的实施方式中，通过激光扫描仪获取营业线的点云数据之后还包括：对营业线的点云数据进行去噪处理。对营业线的点云数据进行去噪处理包括采用如下方法中的一种或几种对营业线的点云数据进行平滑处理。高斯滤波法、平均滤波法、中值滤波法。
本实施例中，由于系统因素、偶然因素、被扫描物体自身因素等，扫描数据中不可避免地包含一些偏离值很大的点，例如空中飘点，为提高数据精度这些点通常作为噪声点处理。优选对经过去噪处理后还隐含于点云数据中的噪声进行平滑处理，从而消除或者降低噪声对后续数据拼接及建模过程中的影响。
与传统的铁路营业线施工方法相比，本发明通过去燥处理能够提高数据精度，减少环境影响。
在一个具体的实施方式中，对点云数据进行坐标转换包括：获取反射靶标在目标坐标系中的坐标，其中，反射靶标布设于激光扫描仪。根据反射靶标在目标坐标系中的坐标确定点云数据在目标坐标系中的坐标。
本实施例中，三维激光扫描仪每次扫描只能获取测区局部数据，为了采集测区完整的三维数据，需要从不同的位置进行多次扫描，并将多个站点获取的点云数据进行配准。在无定位信息情况下，每个测站数据默认以工程坐标系进行存储，若要将点云数据统一到目标坐标系，则需要配合反射标靶进行测量。在三维激光扫描仪周围均匀布设反射标靶，并使用传统测量手段测量反射标靶在目标坐标系中的空间位置，通过点云拟合反射标靶进而通过坐标反算得到仪器空间位置，实现测站坐标转换。反射标靶控制点既可以用于测站控制，也可通过匹配同名标靶实现不同测站点之间的快速高精度数据拼接。三维激光扫描仪进行控制站点测量时，需要将反射标靶均匀布设在测站周围，并精确测量反射标靶中心位置在目标坐标系中的空间三维坐标，通过坐标反算或定北的方法将测站的工程坐标系转换到目标坐标系中。每一层至少需要一站进行控制测量，其他站点测量则可自由架设，内业数据处理时将自由架设站点数据通过严密平差方法进行精细拼接处理，得到整个测区的点云数据。
在一个具体的实施方式中，设备包括电气设备和土建设备。
使用激光雷达对营业线区域内的所有物体进行数据采集，扫描过程中有可能会产生不属于扫描实体本身的数据，导致冗余数据，如植被、车辆、行人，这些冗余数据如不去除则会影响点云数据后处理的精度。本实施例中，优选对于不需要建模的电气设备和土建设备通过人工编辑删除，得到所需的电气设备和土建设备的模型。
图2为根据本发明实施例的建立营业线上设备的第一模型流程图。如图2所示，在一个具体的实施方式中，建立营业线上设备的第一模型包括：
S201：获取设备的CAD图纸；
S202：根据CAD图纸在点云数据的三维模型的坐标系中建立设备的多个单体模型；
S203：根据设备的CAD图纸和点云数据确定多个单体模型间的位置关系，并将多个单体模型组成复合模型，将复合模型作为第一模型。
本实施例中，复合模型由单体模型组合而成，在完成单体模型的建模后，根据设备的CAD图纸和激光点云模型显示的模型间的位置关系，将单体模型组装成复合模型并置于精确的位置上。
在一个具体的实施方式中，通过拍摄装置获取营业线的实景数据包括：在天气状况相同的时间通过拍摄装置获取营业线的影像数据。
本实施例中，实景数据的拍摄选择在天气状况基本一致的情况下进行。点云数据与同步拍摄的影像数据经过相机校准后可得到彩色点云数据，真实反应了设备目前的状态。优选地，以彩色点云数据为参考基准，从图纸等资料采集的纹理影像中选取最接近真实情况的纹理，同时兼顾整体协调性，最大程度上还原铁路站场场景。
在一个具体的实施方式中，根据点云数据的三维模型和第二模型建立实景三维模型之后还包括：在实景三维模型中建立设备的属性链接。属性连接包括设备的技术协议、厂家资料和安装图。
本实施例中，通过对三维模型属性链接的设计，使三维模型与台账、文档、图片等文件进行智能链接，利用热点链接功能将各种资料整合在三维模型中，便于信息的查看和收集。通过三维软件将服务器中的文档资料与三维模型进行链接，包括设备技术协议、厂家资料、安装图等，可满足业务运行过程中业主方对设计信息资源的关联查询访问，三维环境中模型的查看和量测、比对，为电气设备的协同管理提供基础。
图3为根据本发明实施例的根据实景三维模型制定施工计划流程图。如图3所示，在一个具体的实施方式中，根据实景三维模型制定施工计划包括：
S301：获取每个工程在实景三维模型中的施工范围；
S302：获取每个工程的目标工期；
S303：根据施工范围和目标工期确定每个工程的施工时间，避免施工过程交叉干扰。
与传统的营业线施工方法相比，本发明根据施工范围和目标工期确定每个工程的施工时间能够提高施工，避免施工过程交叉干扰。
本发明实施例提供了一种铁路营业线施工系统，包括：激光扫描仪、拍摄装置、处理器；
其中，激光扫描仪用于获取营业线的点云数据；
拍摄装置用于获取营业线的实景数据；
处理器用于根据实景数据确定营业线的纹理数据；将纹理数据映射点云数据得到彩色点云数据；对点彩色点云数据进行坐标转换，建立点云数据的三维模型；建立营业线上设备的第一模型；将纹理数据映射到第一模型上得到第二模型；根据点云数据的三维模型和第二模型建立实景三维模型；根据实景三维模型制定施工计划。
与传统的铁路营业线施工系统相比，本发明通过精准的数字化采集建立营业线的实景三维模型为施工者提供参考依据，能够避免施工过程交叉干扰，拓宽作业面、降低安全风险、降低施工难度，缩短施工周期。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种铁路营业线施工方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
通过激光扫描仪获取营业线的点云数据；
通过拍摄装置获取所述营业线的实景数据；
根据所述实景数据确定所述营业线的纹理数据；
将所述纹理数据映射到所述点云数据得到彩色点云数据；
对所述彩色点云数据进行坐标转换，建立点云数据的三维模型；
建立所述营业线上设备的第一模型；
将所述纹理数据映射到所述第一模型上得到第二模型；
根据所述点云数据的三维模型和所述第二模型建立实景三维模型；
根据所述实景三维模型制定施工计划。
2.根据权利要求1所述的铁路营业线施工方法，其特征在于，通过激光扫描仪获取所述营业线的点云数据包括：
获取每个激光扫描仪的扫描数据并通过拼接处理得到所述营业线的点云数据；其中，多个激光扫描仪交错排列布设于所述营业线两侧，相邻的两个激光扫描仪的扫描范围重叠度大于预定阈值。
3.根据权利要求1所述的铁路营业线施工方法，其特征在于，通过激光扫描仪获取所述营业线的点云数据之后还包括：
对所述营业线的点云数据进行去噪处理；
对所述营业线的点云数据进行去噪处理包括采用如下方法中的一种或几种对所述营业线的点云数据进行平滑处理：
高斯滤波法、平均滤波法、中值滤波法。
4.根据权利要求2所述的铁路营业线施工方法，其特征在于，对所述点云数据进行坐标转换包括：
获取反射靶标在目标坐标系中的坐标，其中，所述反射靶标布设于所述激光扫描仪；
根据所述反射靶标在目标坐标系中的坐标确定所述点云数据在目标坐标系中的坐标。
5.根据权利要求1所述的铁路营业线施工方法，其特征在于，所述设备包括电气设备和土建设备。
6.根据权利要求1所述的铁路营业线施工方法，其特征在于，建立所述营业线上设备的第一模型包括：
获取所述设备的CAD图纸；
根据所述CAD图纸在所述点云数据的三维模型的坐标系中建立所述设备的多个单体模型；
根据所述设备的CAD图纸和所述点云数据确定所述多个单体模型间的位置关系，并将所述多个单体模型组成复合模型，将所述复合模型作为所述第一模型。
7.根据权利要求1所述的铁路营业线施工方法，其特征在于，通过拍摄装置获取所述营业线的实景数据包括：
在天气状况相同的时间通过拍摄装置获取所述营业线的影像数据。
8.根据权利要求1所述的铁路营业线施工方法，其特征在于，根据所述点云数据的三维模型和所述第二模型建立实景三维模型之后还包括：
在所述实景三维模型中建立所述设备的属性链接；
所述属性连接包括所述设备的技术协议、厂家资料和安装图。
9.根据权利要求1至8中任一所述的铁路营业线施工方法，其特征在于，根据所述实景三维模型制定施工计划包括：
获取每个工程在所述实景三维模型中的施工范围；
获取每个所述工程的目标工期；
根据所述施工范围和所述目标工期确定每个工程的施工时间，避免施工过程交叉干扰。
10.一种铁路营业线施工系统，其特征在于，所述铁路营业线施工系统包括：激光扫描仪、拍摄装置、处理器；
其中，所述激光扫描仪用于获取营业线的点云数据；
所述拍摄装置用于获取所述营业线的实景数据；
所述处理器用于根据所述实景数据确定所述营业线的纹理数据；将所述纹理数据映射所述点云数据得到彩色点云数据；对所述点彩色点云数据进行坐标转换，建立点云数据的三维模型；建立所述营业线上设备的第一模型；将所述纹理数据映射到所述第一模型上得到第二模型；根据所述点云数据的三维模型和所述第二模型建立实景三维模型；根据所述实景三维模型制定施工计划。
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| CN202010628525.5A Pending CN111768112A (zh) | 2020-07-02 | 2020-07-02 | 一种铁路营业线施工方法及系统 |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012083508A1 (zh) * | 2010-12-24 | 2012-06-28 | 中国科学院自动化研究所 | 互联网上复杂场景真实感快速绘制方法 |
| CN106646562A (zh) * | 2016-09-09 | 2017-05-10 | 华东师范大学 | 高精度三维实景室内外一体化定位方法及装置 |
| CN107796304A (zh) * | 2017-09-07 | 2018-03-13 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 一种三维激光全景的铁路线路调绘方法 |
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| CN110570466A (zh) * | 2019-09-09 | 2019-12-13 | 广州建通测绘地理信息技术股份有限公司 | 三维实景点云模型的生成方法和装置 |
-
2020
- 2020-07-02 CN CN202010628525.5A patent/CN111768112A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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