本发明涉及测量技术及地铁设计技术领域，具体来说，涉及一种基于点云数据的地铁限界检测方法及检测系统。
背景技术
地铁限界是由若干点相连接构成的封闭轮廓，对地铁工程土建的规模和地铁车辆的设计至关重要，是确保地铁车辆安全运行的关键。在地铁隧道土建结构工程基本完成、铺轨工程尚未开始前，需要进行限界检测，并根据限界检测结果适当地对地铁隧道进行调线调坡。因为地铁隧道一旦施工完成便很难再对其进行改动或调整，因此限界检测是地铁隧道建设中一项十分重要的工作。
现有的地铁限界的检测方法是，实用全站仪测量地铁隧道的特征点，并拟合出隧道断面轮廓，一般地直线地段每6m测量一个断面、曲线地段每5m测量一个断面，然后人工计算出车辆的动态并与断面逐一套合、对比，记录不符合限界限定值的断面位置。
现有地铁限界的检测方法存在一定的局限性，具体表现为：在空间狭小且高程变化较大的情况下，测量的难度大；纵断面点数量有限，处理过程中不能根据隧道实际情况增减断面点；需要高度依赖经验丰富的技术人员以确保检测数据的准确性，检测过程繁琐、工作量大、耗时长，在一定程度上延缓了工程进度。
针对相关技术中的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现要素：
针对相关技术中的上述问题，本发明提出一种基于点云数据的地铁限界检测方法及检测系统，能够实现对地铁限界的自动化检测，提高限界检测的准确性。
本发明的技术方案是这样实现的：
根据本发明的一个方面，提供了一种基于点云数据的地铁限界检测方法，包括：获取隧道的测量数据，测量数据包括由激光扫描仪采集的点云数据；根据测量数据生成隧道的断面图；获取地铁的限界参数并根据限界参数生成地铁的限界图；以及将限界图与断面图进行比对，并根据地铁的限界检测标准参数得到限界分析成果。
优选地，还包括：根据限界分析成果生成调整参数；其中，调整参数包括：管线设备调整范围和调线调坡范围。
优选地，根据限界分析成果生成调整参数，包括：根据限界分析成果确定进行管线设备调整或进行调线调坡；在确定进行管线设备调整的情况下，生成管线设备调整范围；以及在确定进行调线调坡的情况下，生成调线调坡范围。
优选地，测量数据还包括由全站仪获取的全站仪测量数据。
优选地，将限界图与断面图进行比对，并根据地铁的限界检测标准参数得到限界分析成果，包括：根据断面图的里程，将限界图与断面图进行套合；获取位于限界图上的多个特征点；得到多个特征点至断面图的断面轮廓的多个距离值；以及将多个距离值分别与限界检测标准参数进行比对以得到限界分析成果。
优选地，根据测量数据生成隧道的断面图，包括：根据测量数据提取隧道的实测断面数据；根据实测断面数据生成断面图。
优选地，限界参数包括：车型参数、受电类型参数、和线路参数。
优选地，限界图包括：车辆限界图和设备限界图；其中，设备限界图包括曲线地段设备限界图。
根据本发明的另一个方面，提供了一种基于点云数据的地铁限界检测系统，包括：采集模块，用于获取隧道的测量数据，测量数据包括由激光扫描仪采集的点云数据；处理模块，与采集模块连接，用于根据测量数据生成隧道的断面图，还用于生成地铁的限界图；以及限界分析模块，与处理模块连接，用于将限界图与断面图进行比对，并根据地铁的限界检测标准参数得到限界分析成果。
优选地，还包括：调整参数生成模块，用于根据限界分析成果生成调整参数；其中，调整参数包括：管线设备调整范围和调线调坡范围。
本发明通过获取断面的点云数据，然后生成隧道的断面图和地铁的限界图，再将地铁的限界图与隧道的断面图进行比对，根据比对的结果和地铁的限界检测标准参数得到限界分析成果。实现了对地铁限界的自动化检测；而且采用激光扫描仪采集的点云数据，实现了地铁隧道空间的三维全角度测量，提高了检测的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是根据本发明实施例的基于点云数据的地铁限界检测方法的流程图；
图2是根据本发明具体实施例的地铁限界检测方法的流程图；
图3是根据本发明具体实施例的曲线地段限界图的示意图；
图4是根据本发明具体实施例的曲线地段限界图与断面图套合的示意图；
图5是根据本发明具体实施例的限界分析成果的示意图；
图6是根据本发明实施例的基于点云数据的地铁限界检测系统的框图；
图7是根据本发明实施例的三维点云测图系统的点云数据处理的界面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种地铁限界的检测方法。
如图1所示，根据本发明实施例的地铁限界的检测方法包括以下步骤：
s101，获取隧道的测量数据，其中，测量数据包括由激光扫描仪采集的点云数据；点云数据是由激光扫描仪获取的隧道的三维点云数据。
s102，根据测量数据生成隧道的断面图。
s103，获取地铁的限界参数并根据限界参数生成地铁的限界图。
s104，将限界图与断面图进行比对，并根据地铁的限界检测标准参数得到限界分析成果。
本发明通过上述技术方案，首先获取断面的点云数据，然后生成隧道的断面图和地铁的限界图，再将地铁的限界图与隧道的断面图进行比对，根据比对的结果和地铁的限界检测标准参数得到限界分析成果。实现了对地铁限界的自动化检测。而且通过采用点云数据实现了隧道空间的三维全角度测量，提高了检测的准确性。
其中，限界图包括：车辆限界图和设备限界图，设备限界图包括曲线地段设备限界图。
在一个实施例中，上述测量数据还包括由全站仪获取的全站仪测量数据。即能够兼容现有的限界检测方法中的全站仪测量数据，因此更具有实用性、功能更全面。
在一个实施例中，在步骤s104之后，还包括：根据限界分析成果生成调整参数。其中，调整参数包括：管线设备调整范围和调线调坡范围。
进一步地，根据限界分析成果生成调整参数，包括以下步骤：
对限界分析成果进行分析以确定进行管线设备调整或进行调线调坡；
在确定进行管线设备调整的情况下，生成管线设备调整范围；以及
在确定进行调线调坡的情况下，生成调线调坡范围。
在一个实施例中，步骤s102包括：根据测量数据提取隧道的实测断面数据；根据实测断面数据生成断面图。
在一个实施例中，限界参数包括：车型参数、受电类型参数、和线路参数。可以进行不同限界参数的设置，并根据上述不同的限界参数生成相应的限界图。
具体地，步骤s104包括以下步骤：
将限界图分别与各个断面图进行套合；
根据断面图的里程，将限界图与断面图进行套合；
获取位于限界图上的多个特征点；
得到多个特征点至断面图的断面轮廓的多个距离值；以及
将多个距离值分别与限界检测标准参数进行比对以得到限界分析成果。
下面结合具体实施例对本发明的上述实施例进行说明。如图2所示，根据本发明具体实施例的地铁限界的检测方法包括以下步骤：
s201，采集点云数据。其中，点云数据是由激光扫描仪获取的隧道的三维点云数据。
s202，对点云数据进行处理以提取出隧道的实测断面数据，进一步地根据实测断面数据生成隧道的断面图。
s203，根据不同的车辆类型、受电类型、半径等参数进行计算，并绘制曲线地段限界图。如图3所示，为本实施例曲线地段限界图的示意图。
s204，进行限界分析。将绘制出来的曲线地段限界图的分别与各个断面图套合，标出限界图的上不同特征点至断面图的距离。如图4所示，为本实施例的曲线地段限界图与断面图套合的示意图。
s205，判断限界分析是否超限，在超限的情况下，执行步骤s206；在没有超限的情况下，则执行步骤s209。具体的，可以以国家标准《gb50157－2013地铁设计规范》中对地铁限界的要求作为限界检测标准参数，对上述距离值进行判定，筛选出超限的距离值。也可以根据实际需求，对限界检测标准参数进行其他设置。如图5所示，为本发明实施例的限界分析成果的示意图，图中的曲线图显示出对应不同里程的车辆限界和实测隧道最小距离值，具体的，包括纵曲偏移图和横向偏移图。
s206，判断是否需要进行管线设备调整或调线调坡，如果只需要进行管线设备调整则执行步骤207；如果需要进行调线调坡则执行步骤s208。根据上述超限的距离值的超限程度，判定需要进行调线调坡或需要进行管线设备调整或需要进行调线调坡。具体的，当超限的距离值的超限程度较小时，进行管线设备调整；当超限的距离值的超限程度较大时，则进行调线调坡。
s207，生成并输出管线设备调整范围，然后执行步骤s209。需要进行管线设备调整的，根据限界分析成果生成管线设备调整范围，管线设备调整范围以曲线的形式给出，进行的管线设备调整必须在此管线设备调整范围所限定的范围内。
s208，生成并输出调线调坡范围，根据该调线调坡范围来对线路进行调线调坡，并返回步骤s204对经过调线调坡的线路重新进行限界图分析以判定经过调线调坡的线路是否符合上述限界检测标准参数。具体的，根据限界分析成果生成调线调坡范围，该调线调坡范围以曲线的形式给出，对线路进行的调线调坡必须在此调线调坡范围所限定的范围内。另外，调线调坡的过程应包括线路平曲线的调整与线路纵曲线的调整。
s209，结束。
本发明的地铁限界的检测方法，通过获取到的点云数据提取实测断面数据并生成断面图，根据车型参数、线路参数等生成地铁的限界图，再将限界图分别与对应断面图进行套合、比对，根据限界检测标准参数得到限界分析成果，实现了对地铁限界的自动化检测；通过激光扫描仪获取隧道的点云数据，实现了隧道空间的三维全角度测量，提高了检测的准确性。
根据本发明的实施例，还提供了一种地铁限界的检测系统。
如图6所示，根据本发明实施例的地铁限界的检测系统包括：
采集模块61，用于获取隧道的测量数据，测量数据包括由激光扫描仪采集的点云数据；
处理模块62，与采集模块61连接，用于根据测量数据生成隧道的断面图，还用于生成地铁的限界图；
限界分析模块63，与处理模块62连接，用于将限界图与断面图进行比对，并根据地铁的限界检测标准参数得到限界分析成果。
上述技术方案，通过采集模块61获取断面的点云数据、通过处理模块62生成断面图和限界图、通过限界分析模块63根据里程将限界图与断面图进行比对并根据限界检测标准参数得到限界分析成果，实现了对地铁限界图的自动化检测；而且激光扫描仪获取点云数据实现了隧道空间的三维全角度测量，提高了检测的准确性。
在一个实施例中，还包括：调整参数生成模块，用于根据限界分析成果生成调整参数。其中，调整参数包括：管线设备调整范围和调线调坡范围。
可选地，处理模块包括：三维点云测图系统和图形生成模块。其中，三维点云测图系统，用于根据点云数据提取实测断面数据并生成断面图，可以实现多种格式的点云数据导入、控制显示范围、缩放和旋转视图、以及漫游浏览等功能；图形生成模块用于根据上述实测断面数据生成隧道的断面图。如图7所示，为三维点云测图系统对点云数据进行处理的界面图。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过获取隧道的点云数据，根据点云数据生成断面图和限界图，按照里程将限界图与断面图进行比对，并根据限界检测标准参数得到限界分析成果，实现了对地铁限界的自动化检测，节省了大量的人力投入，缩短了限界图检测的时间；通过采用激光扫描仪采集的点云数据实现了隧道空间的三维全角度测量，提高了检测的准确性；通根据限界分析成果确定进行管线设备调整或进行调线调坡，并给出适合的调整参数，进一步提高了工作效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。