CN113311441B - 一种接触网定位器定位点的动态测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明申请公开了一种接触网定位器定位点的动态测量方法，本发明采用非接触式检测方法通过高精度激光雷达对接触线和定位器持续扫描测量，能同时快速准确给出正支和非支定位点测量结果；本发明采用三维点云数据和定位器特定安装结构相结合方法，提取定位器特征模型，并进一步将训练集扩大到不同时间点、不同天气下弯道、隧道内、岔线、站台上下行线路下定位器，显著提高定位器快速自动识别适应性和准确率；本发明对定位点测量采用自动识别、自动定位到自动取点计算导高拉出的过程和方法，具有定位点动态识别准确、测量精度高的特点。

Description

一种接触网定位器定位点的动态测量方法

技术领域

本发明涉及接触网检测技术领域，具体涉及接触网定位器定位点的动态测量方法。

背景技术

定位器是接触网关键组成部分，对列车能否高速行驶和安全提速非常重要，定位器固定接触线的位置称为定位点，定位点的导高、拉出值是接触网线路的关键参数，需要在线路验收和定期对接触网定位点巡检测量。目前铁路相关部门对定位点的巡检状态大多采用激光测量的方式完成，且工作支和非工作支定位点单独测量，这种方式效率低、工作支强度大，夜间作业难度大。因此，目前亟需一种快速高效的接触网定位器动态识别和定位点快速测量方法。

发明内容

本发明意在提供一种接触网定位器定位点的动态测量方法，该方法利用激光雷达扫描的点云数据，基于三维点云进行数据处理，结合定位器结构和安装特点，进行特征分析和匹配，不断特征深度学习，提高定位器定位点动态识别准确度和测量精度。

为达到以上目的，提供如下方案：一种接触网定位器定位点的动态测量方法，包括以下步骤：

步骤1.使用激光雷达的动态测量仪持续动态扫描上行、下行两个完整的锚段关节的高铁接触线和定位器腕臂；

步骤2.提取两个完整的锚段关节的定位器和周边接触线三维点云数据，包括工作支、非工作支的正定位和反定位的点云数据，构建特征模型，并在不同时间点、不同天气下重复扫描该两个完整的锚段关节各10次以上，使用特征模型进行识别判断，并修正特征模型；

步骤3.扩大训练样本集，提取动态测量仪持续扫描的弯道、隧道内、岔线、站台上下行定位器各10个以上，并在不同时间点、不同天气下重复扫描10次以上，使用特征模型进行识别判断，并持续修正特征模型；

步骤4.使用定位器的特征模型动态识别定位器，找到定位器线夹和接触线相交位置，取出相关接触线点云，计算出定位点导高和拉出。

进一步，所述步骤1包括：

T1.将激光雷达安装在检测装置上，并在检测装置上安装光电编码传感器，用来检测检测装置的位移；

T2.检测装置在上行轨道接触网锚段关节开始的地方沿着铁轨移动，激光雷达持续扫描接触线、承力索、定位器腕臂，在锚段关节结束的地方停止；

T3.检测装置移到下行轨道，在接触网锚段关节开始的地方沿着铁轨移动，激光雷达持续扫描接触线、承力索、定位器腕臂，在锚段关节结束的地方停止；

T4.不同时间点、不同天气下重复T2、T3步骤10次以上，将扫描数据送到检测装置的数据处理中心。

进一步，所述步骤2包括：

S1.通过RANAC直线随机分割，分别分割出测量出的工作支和非工作支接触线点云，计算出每个位置对应接触线的X、Y坐标；

S2.根据接触线和定位器空间位置关系，判断出正向定位器或反向定位器，以接触线为起点，向左或向右划定点云区域；

S3.取出划定区域的点云，并合多个定位器连续扫描截面的点云数据，进行滤波去除干扰数据；

S4.采取RANAC直线抽取和固定特征相结合的方法，从两个完整的锚段关节定位器点云数据中提取特征值最小离散度λ和有效最小直线距离d，以及固定特征定位器线夹最小扫描点数n；

S5.将特征模型用于另外9次以上完整的锚段关节定位器点云数据，修正特征值最小离散度λ和d有效最小直线距离，以及固定特征定位器线夹最小扫描点数n。

进一步，所述步骤3，包括：

A1.检测装置在弯道、隧道内、岔线、站台上下行铁路沿着铁轨移动，激光雷达持续扫描接触线、承力索、定位器腕臂，扫描一个锚段范围或包括5个定位器的接触网线路范围；

A2.在不同时间点、不同天气下重复A1步骤10次以上，将扫描数据送到检测装置的数据处理中心；

A3.将步骤A2计算到的特征模型用于弯道、隧道内、岔线、站台定位器点云数据，持续修正特征值最小离散度λ和有效最小直线距离d，以及固定特征定位器线夹最小扫描点数n；

进一步，所述步骤4，包括：

B1.通过特征匹配对接触网定位器点云进行配准，根据特征匹配识别出相应的接触网定位器点云数据确定为定位器后进行下一步处理；

B2.取固定特征定位器线夹扫描点的Z轴坐标的均值z为定位点的位置。

B3.取出和z最接近的接触线点，计算导高、拉出，其为定位点的测量值。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用非接触式检测方法通过激光雷达对接触线和定位器持续扫描测量，能同时快速准确给出正支和非工作支定位点测量结果；

(2)本发明采用三维点云数据和定位器特定安装结构相结合方法，提取定位器特征模型，并进一步将训练集扩大到不同时间点、不同天气下弯道、隧道内、岔线、站台上下行线路下定位器，显著提高定位器快速自动识别适应性和准确率；

(3)本发明对定位点测量采用自动识别、自动定位到自动取点计算导高拉出的过程和方法，具有定位点动态识别准确、测量精度高的特点。

附图说明

图1为本发明定位器定位点动态测量流程图；

图2为本发明定位器的正向安装结构图；

图3为本发明定位器的反向安装结构图；

图4为本发明分离出的雷达扫描定位器正向安装点的云图；

图5为本发明分离出的雷达扫描定位器反向安装的点云图；

图6为本发明定位器动态识别和定位点测量流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

如图1至图6所示，一种接触网定位器定位点的动态测量方法，包括以下步骤：

步骤1.使用激光雷达的动态测量仪持续动态扫描上行、下行两个完整的锚段关节的高铁接触线和定位器腕臂；

本方法使用的检测装置装配了快速扫描频率40Hz，测量范围为0.5米到100米，测量精度3毫米的高精度雷达，光电编码器精度为1/4096，高精度光电编码器可以基本忽略里程的偏差所引起的计算误差。检测装置在测量定位器时沿着铁轨方向以约3公里/小时移动，矩形定位器的厚度约为18毫米，则设备每秒移动距离：

(3000×1000)/3600≈833毫米

雷达每秒扫描40次，则以约3公里/小时移动情况，雷达每次扫描间隔距离为20.8毫米。

根据计算，以约3公里/小时动态扫描时，雷达可以基本完整扫描到一次定位器，并持续扫描到接触线，保证计算定位器坡度的数据来源的完整性。

本装置采用2GHz双CPU数据处理中心，可以保证实时计算定位器坡度的计算性能。

检测装置在上下行轨道接触网锚段关节开始的地方沿着铁轨移动，激光雷达持续扫描接触线、承力索、定位器腕臂，在锚段关节结束的地方停止，确保训练样本数据包括完整的正支、非工作支定位器，以及正、反定位点云数据。

步骤2.提取两个完整的锚段关节的定位器和周边接触线三维点云数据，包括工作支、非工作支的正定位和反定位的点云数据，构建特征模型，并在不同时间点、不同天气下重复扫描该两个完整的锚段关节各10次以上，使用特征模型进行识别判断，并修正特征模型；

通过RANAC直线随机分割，分别分割两条接触线，根据正支接触线导高小于非工作支接触线导高的空间关系；

根据接触线和定位器空间位置关系(如图2)，判断出正向定位器或反向定位器，以接触线为起点，向左或向右划定点云区域；

定位器最大长度为1300毫米，定位器安装后两端高差一般不超过600毫米，考虑定位器线夹的高度，以接触线点为端点向左或向右划定1300×800的特征兴趣区域；

计算1300×800区域内扫描点数量，在考虑存在遮挡和干扰情况下，如果扫描点数量小于理论计算值的一半，则认为该区域不符合定位器下一步判断条件；

计算两个完整的锚段关节定位器点云数据，从中提取定位器两端直线点云最小离散度λ和有效最小直线距离d，以及固定特征定位器线夹最小扫描点数n；

将特征模型用于另外10次完整的锚段关节定位器点云数据，修正特征值最小离散度λ和有效最小直线距离d，以及固定特征定位器线夹最小扫描点数n。

步骤3.扩大训练样本集，提取动态测量仪持续扫描的弯道、隧道内、岔线、站台上下行定位器各10个以上，并在不同时间点、不同天气下重复扫描10次以上，使用特征模型进行识别判断，并持续修正特征模型；

检测装置在弯道、隧道内、岔线、站台上下行铁路验证着铁轨移动，激光雷达持续扫描接触线、承力索、定位器腕臂，扫描一个锚段范围或包括5个定位器的接触网线路范围；

不同时间点、不同天气下重复扫描10次以上，将扫描数据送到检测装置的数据处理中心；

将第二步计算到的特征模型用于弯道、隧道内、岔线、站台定位器点云数据，持续修正特征值最小离散度λ和有效最小直线距离d，以及固定特征定位器线夹最小扫描点数n。

步骤4.使用定位器的特征模型动态识别定位器，找到定位器线夹和接触线相交位置，取出相关接触线点云，计算出定位点导高和拉出。

通过特征匹配对接触网定位器点云进行配准，确定是定位器后进行下一步处理；

取出和z最接近的接触线点，计算导高、拉出，其为定位点的测量值，计算导高(y)和拉出值(x)如下：

trackwidth为轨道轨距，d_i为雷达测试到吊弦点处接触线点的距离，θ_i为雷达测试角度，x₀ y₀为雷达安装初始坐标。

下表为利用该方法在一个锚段内对不同定位点重复测量结果：

由表可见本方法测试定位点误差可以在5mm度内，且重复测量效果好。

本发明采用非接触式检测方法通过激光雷达对定位器持续扫描测量，快速准确给出定位点测量结果；本发明采用非接触式检测方法通过激光雷达对接触线和定位器持续扫描测量，能同时快速准确给出正支和非工作支定位点测量结果；本发明采用三维点云数据和定位器特定安装结构相结合方法，提取定位器特征模型，并进一步将训练集扩大到不同时间点、不同天气下弯道、隧道内、岔线、站台上下行线路下定位器，显著提高定位器快速自动识别适应性和准确率；本发明对定位点测量采用自动识别、自动定位到自动取点计算导高拉出的过程和方法，具有定位点动态识别准确、测量精度高的特点。本方法为动态测量定位器定位点提供了一种新的解决方案，具有良好的使用前景。

以上所述仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的适用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (5)

1.一种接触网定位器定位点的动态测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.使用激光雷达的动态测量仪持续动态扫描上行、下行两个完整的锚段关节的高铁接触线和定位器腕臂；

步骤2.提取两个完整的锚段关节的定位器和周边接触线三维点云数据，包括工作支、非工作支的正定位和反定位的点云数据，构建特征模型，并在不同时间点、不同天气下重复扫描该两个完整的锚段关节各10次以上，使用特征模型进行识别判断，并修正特征模型；

步骤3.扩大训练样本集，提取动态测量仪持续扫描的弯道、隧道内、岔线、站台上下行定位器各10个以上，并在不同时间点、不同天气下重复扫描10次以上，使用特征模型进行识别判断，并持续修正特征模型；

步骤4.使用定位器的特征模型动态识别定位器，找到定位器线夹和接触线相交位置，取出相关接触线点云，计算出定位点导高和拉出。

2.根据权利要求1所述的一种接触网定位器定位点的动态测量方法，其特征在于，所述步骤1包括：

T1.将激光雷达安装在检测装置上，并在检测装置上安装光电编码传感器，用来检测检测装置的位移；

T2.检测装置在上行轨道接触网锚段关节开始的地方沿着铁轨移动，激光雷达持续扫描接触线、承力索、定位器腕臂，在锚段关节结束的地方停止；

T3.检测装置移到下行轨道，在接触网锚段关节开始的地方沿着铁轨移动，激光雷达持续扫描接触线、承力索、定位器腕臂，在锚段关节结束的地方停止；

T4.不同时间点、不同天气下重复T2、T3步骤10次以上，将扫描数据送到检测装置的数据处理中心。

3.根据权利要求1所述的一种接触网定位器定位点的动态测量方法，其特征在于，所述步骤2包括：

S1.通过RANAC直线随机分割，分别分割出测量出的工作支和非工作支接触线点云，计算出每个位置对应接触线的X、Y坐标；

S2.根据接触线和定位器空间位置关系，判断出正向定位器或反向定位器，以接触线为起点，向左或向右划定点云区域；

S3.取出划定区域的点云，并合多个定位器连续扫描截面的点云数据，进行滤波去除干扰数据；

S4.采取RANAC直线抽取和固定特征相结合的方法，从两个完整的锚段关节定位器点云数据中提取特征值最小离散度λ和有效最小直线距离d，以及固定特征定位器线夹最小扫描点数n；

S5.将特征模型用于另外9次以上完整的锚段关节定位器点云数据，修正特征值最小离散度λ和有效最小直线距离d，以及固定特征定位器线夹最小扫描点数n。

4.根据权利要求1所述的一种接触网定位器定位点的动态测量方法，其特征在于，所述步骤3，包括：

A1.检测装置在弯道、隧道内、岔线、站台上下行铁路沿着铁轨移动，激光雷达持续扫描接触线、承力索、定位器腕臂，扫描一个锚段范围或包括5个定位器的接触网线路范围；

A2.在不同时间点、不同天气下重复A1步骤10次以上，将扫描数据送到检测装置的数据处理中心；

A3.将步骤A2计算到的特征模型用于弯道、隧道内、岔线、站台定位器点云数据，持续修正特征值最小离散度λ和有效最小直线距离d，以及固定特征定位器线夹最小扫描点数n。

5.根据权利要求1所述的一种接触网定位器定位点的动态测量方法，其特征在于，所述步骤4，包括：

B1.通过特征匹配对接触网定位器点云进行配准，根据特征匹配识别出相应的接触网定位器点云数据确定为定位器后进行下一步处理；

B2.取固定特征定位器线夹扫描点的Z轴坐标的均值z为定位点的位置；

B3.取出和z最接近的接触线点，计算导高、拉出，其为定位点的测量值。