一种道床断面检测方法及系统与流程

技术特征：
1.一种道床断面检测方法，其特征在于，所述方法包括：扫描轨枕顶面，获得扫描点；判断所述扫描点落在轨枕的位置，得到判断结果；当所述判断结果为所述扫描点落在轨枕盒内，则利用轨枕盒内的扫描点计算轨枕盒内道砟埋深；当所述判断结果为所述扫描点落在轨枕上，则利用轨枕上的扫描点计算砟肩堆高、砟肩宽度、边坡坡度、道床厚度或道床盈亏。2.根据权利要求1所述的一种道床断面检测方法，其特征在于，所述判断所述扫描点落在轨枕的位置，得到判断结果，具体包括：判断所述扫描点与角度分辨率的乘积是否大于第一阈值；若所述扫描点与角度分辨率的乘积大于所述第一阈值，则筛选第一扫描范围的扫描点；若所述扫描点与角度分辨率的乘积小于所述第一阈值，则筛选第二扫描范围的扫描点；分别计算所述第一扫描范围的扫描点、所述第二扫描范围与激光雷达的第一垂向距离和第二垂向距离；分别判断所述第一垂向距离的平均值与枕端理论平均值的差值和所述第二垂向距离的平均值与所述枕端理论平均值的差值是否都大于第二阈值；若所述第一垂向距离的平均值与枕端理论平均值的差值和所述第二垂向距离的平均值与所述枕端理论平均值的差值都大于第二阈值，则确定所述扫描点落在所述轨枕上；否则确定所述扫描点落在所述轨枕盒内。3.根据权利要求1所述的一种道床断面检测方法，其特征在于，所述利用轨枕盒内的扫描点计算轨枕盒内道砟埋深，具体包括：筛选第三扫描范围的所述轨枕盒内的扫描点；计算所述第三扫描范围的所述轨枕盒内的扫描点与激光雷达的第三垂向距离；根据所述第三垂向距离和轨枕底面标准值，利用最小二乘法拟合所述轨枕盒内的扫描点，得到所述轨枕盒内道砟埋深。4.根据权利要求1所述的一种道床断面检测方法，其特征在于，所述利用轨枕上的扫描点计算砟肩堆高，具体包括：筛选第四扫描范围的所述轨枕上的扫描点；计算第四扫描范围内扫描点与激光雷达的第四垂向距离；将所述第四垂向距离中距离值最小的所述第四扫描范围内扫描点作为所述道床断面砟肩堆高的顶点；根据所述道床断面砟肩堆高的顶点的所述第四垂向距离以及枕端点与所述激光雷达的垂向距离，计算所述砟肩堆高。5.根据权利要求1所述的一种道床断面检测方法，其特征在于，所述利用轨枕上的扫描点计算砟肩宽度，具体包括：筛选第四扫描范围的所述轨枕上的扫描点；计算第四扫描范围内扫描点与激光雷达的第四垂向距离和第一横向距离；
判断所述第四垂向距离与枕端点垂向距离是否相等，所述枕端点垂向距离是指枕端点与所述激光雷达的垂向距离；若所述第四垂向距离与所述枕端点垂向距离相等，则选取第四垂向距离与所述枕端点垂向距离相等且所述第一横向距离最大的所述第四扫描范围内扫描点作为砟肩宽度计算点；若所述第四垂向距离与所述枕端点垂向距离不相等，则选取第四垂向距离与所述枕端点垂向距离最接近且所述第一横向距离大于预设值的所述第四扫描范围内扫描点作为砟肩宽度计算点；根据所述砟肩宽度计算点的第一横向距离和所述枕端点横向距离，计算所述砟肩宽度，所述枕端点横向距离是指所述枕端点与所述激光雷达的横向距离。6.根据权利要求1所述的一种道床断面检测方法，其特征在于，所述利用轨枕上的扫描点计算边坡坡度，具体包括：筛选第五扫描范围的所述轨枕上的扫描点；分别计算所述第五扫描范围的所述轨枕上的扫描点与激光雷达的第五垂向距离和第二横向距离；判断所述第五扫描范围内是否存在运输设备；若所述第五扫描范围内不存在运输设备，则根据所述第五垂向距离和所述第二横向距离，利用最小二乘法对所述第五扫描范围的扫描点拟合，得到所述边坡坡度；若所述第五扫描范围内存在运输设备，则判断所述运输设备所在位置；若所述运输设备在坡脚处，则所述边坡坡度参照轨枕两侧的轨枕计算值；若所述运输设备在边坡或路肩上，则计算第六扫描范围内任意两个相邻扫描点的斜率，并对所述斜率取整，其中所述第六扫描范围位于所述第五扫描范围内，且所述第六扫描范围小于所述第五扫描范围；判断取整扫描点的斜率是否为0；若所述取整扫描点的斜率为0，则判断斜率为0的取整扫描点是否落在第七扫描范围内，其中所述第七扫描范围位于所述第六扫描范围内，且所述第七扫描范围小于所述第六扫描范围；如果所述斜率为0的取整扫描点落在第七扫描范围内，则确定落在第七扫描范围内斜率为0的取整扫描点为坡脚点；剔除所述坡脚点以外的所述第五扫描范围的扫描点；根据所述第五垂向距离和所述第二横向距离，利用最小二乘法对剔除后的所述第五扫描范围的扫描点拟合，得到所述边坡坡度；如果所述斜率为0的所述取整扫描点不落在第七扫描范围内，则不考虑没有落在第七扫描范围内斜率为0的取整扫描点，根据所述第五垂向距离和所述第二横向距离，利用最小二乘法对所述第五扫描范围的扫描点拟合，得到所述边坡坡度；若所述取整后的斜率不为0，则选取落在第八扫描范围内取整后的斜率不为0的取整扫描点，其中所述第八扫描范围位于所述第六扫描范围内，且所述第八扫描范围小于所述第六扫描范围；确定所述第八扫描范围内斜率为0的取整扫描点中的坡脚点；
剔除所述坡脚点以外的所述第五扫描范围的扫描点；根据所述第五垂向距离和所述第二横向距离，利用最小二乘法对剔除后的所述第五扫描范围的扫描点拟合，得到所述边坡坡度。7.根据权利要求1所述的一种道床断面检测方法，其特征在于，所述利用轨枕上的扫描点计算道床厚度，具体包括：筛选第九范围内的轨枕上的扫描点；判断所述第九扫描范围内是否存在运输设备；若所述第九扫描范围内不存在运输设备，则在所述第九扫描范围中确认路基点；计算所述路基点与激光雷达的第六垂向距离；将所述第六垂向距离的平均值作为路基面高度；根据所述路基面高度、路肩的垂向距离、路基顶面的垂向距离和枕端下轨枕高度计算所述道床厚度；若所述第九扫描范围内存在运输设备，则判断所述运输设备所在位置；若所述运输设备在坡脚处，则所述道床厚度参照轨枕两侧的轨枕计算值；若所述运输设备在边坡或路肩上，清除所述第九扫描范围内运输的数据噪点后选取路基点，得到去噪路基点；计算所述去噪路基点与激光雷达的第七垂向距离；将所述第七垂向距离的平均值作为去噪路基面高度；根据所述去噪路基面高度、路肩的垂向距离、路基顶面的垂向距离和枕端下轨枕高度计算所述道床厚度。8.根据权利要求1所述的一种道床断面检测方法，其特征在于，所述利用轨枕上的扫描点计算道床盈亏，具体包括：筛选第十扫描范围内的轨枕上的扫描点；判断所述第十扫描范围内是否存在运输设备；若所述第十扫描范围内不存在运输设备，则直接计算所述第十范围内的扫描点与激光雷达的第八垂向距离；计算所述第八垂向距离和标准点与所述激光雷达的第九垂向距离的差值；判断所述差值的绝对值是否小于等于阈值；若所述差值的绝对值小于等于阈值，则所述差值的绝对值小于等于阈值的扫描点为震荡点；若所述差值的绝对值大于阈值，则判断所述差值是否大于阈值；若所述差值大于阈值，则所述差值大于阈值的扫描点为盈点；否则所述差值大于阈值的扫描点为亏点；在天窗时间内，若预定个数扫描点为连续盈点，则确定道床盈利；若所述预定个数扫描点为连续亏点，则确定道床亏损。9.根据权利要求6或7或8所述的一种道床断面检测方法，其特征在于，所述判断扫描范围内是否存在运输设备，具体包括：计算扫描范围内的扫描点分别与激光雷达的垂向距离和横向距离；根据所述垂向距离和所述横向距离，计算扫描范围内任意两个相邻扫描点之间的斜
率；判断所述斜率是否大于0；若所述斜率小于0，则确定不存在运输设备；若所述斜率大于0，则确定存在运输设备，并计算所述斜率大于0的扫描点的所述垂直距离与序号后扫描点的所述垂直距离的差值，其中所述序号后扫描点是指与在所述斜率大于0的扫描点序号后、且斜率小于0的扫描点；比较所述差值、第三阈值和第四阈值的大小，其中所述第四阈值小于所述第三阈值；如果所述差值大于第三阈值，则确定存在运输设备为接触网支柱；如果所述差值小于所述第三阈值且大于第四阈值，则确定存在的运输设备为除所述接触网支柱的其他运输设备；判断所述差值大于第三阈值或所述差值小于所述第三阈值且大于第四阈值的扫描点是否位于第一判别点和第二判别点之间；若所述差值大于第三阈值或所述差值小于所述第三阈值且大于第四阈值的扫描点位于所述第一判别点和所述第二判别点之间，则确定所述运输设备位于坡脚处；若所述差值大于第三阈值或所述差值小于所述第三阈值且大于第四阈值的扫描点不位于所述第一判别点和所述第二判别点之间，则确定所述运输设备位于边坡或路基。10.一种道床断面检测系统，其特征在于，包括：采集模块，用于扫描轨枕顶面，获得扫描点；判断模块，用于判断所述扫描点落在轨枕的位置，得到判断结果；道砟埋深计算模块，用于当所述判断结果为所述扫描点落在轨枕盒内，则利用轨枕盒内的扫描点计算轨枕盒内道砟埋深；多参数计算模块，用于当所述判断结果为所述扫描点落在轨枕上，则利用轨枕上的扫描点计算砟肩堆高、砟肩宽度、边坡坡度、道床厚度或道床盈亏。

技术总结
本发明涉及一种道床断面检测方法及系统，通过利用激光扫描点分别计算轨枕盒内道砟埋深、砟肩堆高、砟肩宽度、边坡坡度、道床厚度和道床盈亏，同时还对道床边坡和路肩上存在的其他运输设备进行了识别，并清除运输设备带来的数据噪点，实现了全线道床断面尺寸的普查，且相较于传统的人工测量或者肉眼观测，精确度更高。高。高。


技术研发人员：黄守刚 李敏 王瑞 王建西 于浩然 朱青轩 李泽昆 刘美蓉 赵业麟 刘晓龙
受保护的技术使用者：石家庄铁道大学
技术研发日：2021.07.12
技术公布日：2021/10/19