重载铁路检测装备中三维与二维激光扫描仪检校方法

doi:10.13474/j.cnki.11-2246.2023.0303

测绘通报 ›› 2023, Vol. 0 ›› Issue (10): 105-110.doi: 10.13474/j.cnki.11-2246.2023.0303

重载铁路检测装备中三维与二维激光扫描仪检校方法

曹海滨¹, 王新平², 王文斌¹, 张正军³, 尹太军³, 曾杉⁴

1. 中国神华能源股份有限公司, 北京 100011;
2. 国家能源集团, 北京 100034;
3. 中科吉芯(秦皇岛) 信息技术有限公司, 河北秦皇岛 066000;
4. 中国科学院地理科学与资源研究所, 北京 100101

收稿日期:2023-07-18 发布日期:2023-10-28
通讯作者: 曾杉。E-mail:zs@lreis.ac.cn
作者简介:曹海滨(1970-),男,高级工程师,研究方向为重载铁路运输生产及技术管理。E-mail:10000308@chnenergy.com.cn
基金资助:
中国神华能源股份有限公司科技项目(SHGF-21-02)

3D and 2D LiDAR scan calibration method in heavy-haul railway detection equipment

CAO Haibin¹, WANG Xinping², WANG Wenbin¹, ZHANG Zhengjun³, YIN Taijun³, ZENG Shan⁴

1. China Shenhua Energy Co., Ltd., Beijing 100011, China;
2. National Energy Group, Beijing 100034, China;
3. Digitwinology International Co., Ltd., Qinhuangdao 066000, China;
4. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China

Received:2023-07-18 Published:2023-10-28

摘要/Abstract

摘要： 重载铁路的线路运输量大、承受载荷大、线路磨损劣化快,为保障运输安全,需要高频次、常态化地对线路进行静态检查和测量。基于轨道的移动三维激光系统可快速扫描、高效获取铁路通道三维实况,是一种新型的重载铁路基础设施测量检测的手段,但受限于三维激光数据精度低、无法满足对轨道轮廓进行精准测量,本文设计了一种集成三维相位式激光扫描仪和二维线激光扫描仪的重载铁路检测装备,提出了三维与二维激光扫描仪的检校方法。试验结果表明,该方法可实现三维激光数据与二维线激光数据优于2 mm的精准融合,为后续基于毫米高精度三维激光的铁路基础设施一体化综合测量与分析奠定了良好的数据基础。

关键词: 重载铁路, 移动测量技术, 多源激光数据融合, 数据检校

Abstract: The heavy-haul railway has a large traffic volume, heavy load and fast line wear and deterioration. In order to ensure the transportation safety,it is necessary to carry out static inspection and measurement on the line frequently and regularly.The mobile 3D laser system based on rail can quickly scan and efficiently obtain the 3D reality of railway passage,which is becoming a new method of heavy haul railway infrastructure measurement and detection. However,due to the limitation of the low accuracy of 3D laser data,it cannot accurately measure the track profile. This project designed a heavy duty railway inspection equipment integrating 3D phase laser scanner and 2D line laser scanner. In this paper,the calibration method of 3D and 2D laser scanner is proposed. Experimental result shows that the method can realize the accurate fusion of 3D laser data and 2D line laser data better less than 2 mm,which lays a good data foundation for the subsequent integrated measurement and analysis of railway infrastructure based on millimeter high-precision 3D laser point data.

Key words: heavy-haul railway, mobile measurement technology, multi-source laser data fusion, data calibration

中图分类号:

曹海滨, 王新平, 王文斌, 张正军, 尹太军, 曾杉. 重载铁路检测装备中三维与二维激光扫描仪检校方法[J]. 测绘通报, 2023, 0(10): 105-110.

CAO Haibin, WANG Xinping, WANG Wenbin, ZHANG Zhengjun, YIN Taijun, ZENG Shan. 3D and 2D LiDAR scan calibration method in heavy-haul railway detection equipment[J]. Bulletin of Surveying and Mapping, 2023, 0(10): 105-110.

参考文献

[1] 伍朝辉,武晓博,王亮. 交通强国背景下智慧交通发展趋势展望[J]. 交通运输研究,2019,5(4): 26-36.
[2] 王森荣. 铁路轨道工程数智化建造技术研究与实践[J]. 中国铁路,2022(8): 59-67.
[3] ARASTOUNIA M,OUDE ELBERINK S. Application of template matching for improving classification of urban railroad point clouds[J]. Sensors,2016,16(12): 2112.
[4] 王晓凯. 车载激光雷达在铁路复测中的应用探讨[J]. 铁道建筑,2013,53(2): 81-83.
[5] 李雪义,翟玉平,田源. 车载移动测量系统在铁路线测量中的应用[J]. 测绘通报,2015(12): 131-133.
[6] 汤建凤. 基于车载激光雷达的铁路既有线复测技术研究[J]. 铁道工程学报,2016,33(12): 43-47.
[7] 杜兆宇. 移动三维激光扫描系统在铁路限界测量中的应用研究[J]. 测绘通报,2019(S2): 185-187.
[8] 武永斌,卢小平,陈曦东,等. 机载LiDAR铁路测绘关键技术及应用[J]. 测绘通报,2015(9): 64-67.
[9] YANG Bisheng,FANG Lina. Automated extraction of 3D railway tracks from mobile laser scanning point clouds[J]. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing,2014,7(12): 4750-4761.
[10] ARASTOUNIA M. Automated recognition of railroad infrastructure in rural areas from LIDAR data[J]. Remote Sensing,2015,7(11): 14916-14938.
[11] 刘俊博,刘俊尧,孙淑杰,等. 基于激光点云的铁路边坡表面形变检测方法[J]. 铁道建筑,2021,61(11): 82-85.
[12] 李子奇. 基于线结构光扫描的大尺寸测量系统标定方法研究[D]. 武汉: 湖北工业大学,2021.
[13] 徐寿志. 车载移动测量系统检校技术及其精度评定方法[D]. 武汉: 武汉大学,2016.
[14] 王乐,方玥,王胜春,等. 基于偏振融合的钢轨廓形线结构光成像方法[J]. 光学学报,2020,40(22): 88-96.
[15] 丁鸽,燕立爽,彭健,等. 基于RANSAC算法的隧道点云横断面提取[J]. 测绘通报,2021(9): 120-123.
[16] BESL P J,MCKAY N D. A method for registration of 3-D shapes[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,1992,14(2): 239-256.

重载铁路检测装备中三维与二维激光扫描仪检校方法

3D and 2D LiDAR scan calibration method in heavy-haul railway detection equipment

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[1]	沈蔚, 帅晨甫, 惠笑, 栾奎峰, 张华臣, 马建国. 船载移动激光三维测量系统安置角偏差检校[J]. 测绘通报, 2020, 0(2): 126-130.
[2]	周家鹏, 汪云甲, 李昕, 曹晓祥, 曹鸿基. 地磁室内定位技术研究[J]. 测绘通报, 2019, 0(1): 18-22.
[3]	杨铭. 背包式移动三维激光扫描系统的应用[J]. 测绘通报, 2018, 0(9): 91-95.
[4]	刘雁春, 王海亭, 赵俊生, 孟强, 刘尧, 吴祥华. 新一代高速对向观测数字水准尺仪的发明与实践[J]. 测绘通报, 2017, 0(12): 131-137.
[5]	张建霞. 基于国产SWDC航摄仪的稀少控制航测应用[J]. 测绘通报, 2017, 0(10): 140-142.
[6]	明镜, 向泽君, 龙川, 吕楠. 车载移动测量系统装备研制与应用[J]. 测绘通报, 2017, 0(9): 136-141.
[7]	宗文鹏, 李广云, 王力. 低成本三维激光扫描仪的设计与实现[J]. 测绘通报, 2016, 0(11): 31-34,46.
[8]	陈能成, 张伟杰, 王晓蕾. 传感器观测服务的性能评估与方法[J]. 测绘通报, 2015, 0(4): 61-64.
[9]	袁德宝, 蔡量力, 王成. 单目相机-轮式里程计的自动内外参标定算法[J]. 测绘通报, 2021, 0(5): 54-58.