基于激光点云数据的铁路限界检测关键技术研究

发布时间：2020-10-29 12:41

　　铁路限界检测是检测铁路运营安全的重要手段之一。激光扫描法是近年来涌现出来的限界检测新技术,受到了工业界和学术界的广泛关注。本文主要针对基于激光点云数据的限界检测关键技术进行了深入研究,对于维护铁路线路环境安全,提高铁路的运能等具有重要的理论意义和应用价值。本文主要针对限界模型的生成和点云数据的三维实时绘制两个关键技术展开工作,主要的成果如下:(1)针对铁路限界模型的生成和矢量化问题,提出了一种基于计算机图形学中图形裁剪的模型复合方法。首先,针对简单限界模型,提出了一种简洁有效的数据结构,从而方便地实现了限界模型的生成算法,该算法能够将限界模型的点阵数据和矢量数据均保存下来;针对已有的点阵格式限界模型,提出了一种矢量化的方法,将限界模型转换为矢量格式,方便了后续侵限算法的实现;其次,在简单模型基础上,提出了一个新的裁剪多边形的有效算法,实现了多个限界模型的合并,大大提高了复杂限界模型的生成效率。(2)针对三维点云数据的实时绘制问题,提出了基于CUDA和OpenGL互操作的实时绘制方法,极大地缩短了点云数据的绘制时间,实现了点云数据的加速绘制。改进前,采用了 QwtPlot3D库对数据进行渲染绘制,由于随着数据量的增加绘制速度无法满足绘制要求,为此,本文对QwtPlot3D库源码进行了开销分析,确定了导致程序开销大的主要原因,然后有针对性地提出了一种基于CUDA和OpenGL互操作的方法。并且针对不同的数据量,对两种方法进行了实验对比,实验结果表明,与QwtPlot3D库比,新的方法极大地缩短了数据绘制的时间。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：U298;TN249
【部分图文】：

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梁、隧道、站台、雨棚、建筑物等限界情况的动态检测设备一一运用激光扫描法的??铁路限界激光检测仪应运而生。??限界激光扫描仪装载于限界轨道检测车上［１］，如图１－１所示，限界检测车由内??燃机车牵引，对全线逐段进行检测。随着轨道检测车的行进，扫描仪能够通过扫描??快速获取铁路周边环境物体表面上每个采样点的实际空间位置坐标，得到一个表??示空间实体的点集合，我们把它叫做“点云（ｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄ）”。这种点云数据中每个??点的三维坐标数据都是直接来源于扫描仪对真实环境的空间扫描，能够直接地反??应客观的环境变化，后期借助计算机软件的处理，这些点云数据可以用点、线、多??边形、曲线、曲面等形式将线路周边的空间环境模型描述出来，这样就可以真实、??可靠地重建出铁路的实时运行环境。??Ｉ?１?／??图１－１铁路激光扫描仪??Ｆｉｇ?１－１?Ｔｈｅ?ｒａｉｌｗａｙ?ｌａｓｅｒ?ｓｃａｎｎｅｒ??虽然三维激光扫描技术是一种相对成熟的技术，但是在铁路限界上的应用才??刚刚起步

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随着激光扫描法的不断发展，由于其自身特有的优点越来越被重视，??激光扫描法在铁路限界检测领域有了不可替代的地位。应用激光扫描法进行限界??检测的处理流程如图１－２所示。??激光扫描仪?三维点云数据?二维绘制?三维绘制?丨??Ｉｆ；－－?■娉?１?Ｖ．?（Ｋ．－?＇??：?—?？｜？？？｜＊？？???Ｓ３｜Ｈｇ?ｆ?１?１??ｒ?＾?＾——＾?」?ｊ??ｓｉｉｉＨ?．ｉｌｌｌｌ＇：：??ｉ?＼?ｓｓＩＳｍ＂?翻矢雜据?ｊ?限界检测??－限界模型?ｌ?｜：?｜?＋?ｆ?１?－？ｒ?）?Ｊ??模型Ａ?模型Ｂ?复合＾模￡??图１－２铁路限界检测流程??Ｆｉｇ?１－２?Ｒａｉｌｗａｙ?ｃｌｅａｒａｎｃｅ?ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??４??

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