一种铁轨路基沉降测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及沉降测量领域，尤其涉及一种铁轨路基沉降测量方法。
【背景技术】
[0002]现代交通运输业中，铁路担负着重要的运输任务，由于路基频繁处于弹性形变状态，长期累积会造成路基沉降，路基沉降会使轨道不平顺，在沉降较为严重的路桥及路涵过渡地段甚至会出现“跳车”现象；特别是不均匀沉降会使列车对线路产生较大的附加动力作用，加剧沉降，加速路基破坏，造成线路的恶性循环，并给重载列车运行带来安全隐患。现有的路基沉降方法主要包括:采用全站仪测量CPIII点的方法和基于摄像、卫星定位及惯性导航的测量方法。
[0003]其中，采用全站仪测量CPIII点的方法存在的问题有:测量效率低，在测量间隔为2米时，实际测量速度约为150米/小时，远不能满足铁轨路基沉降测量的需求；无法获得当前轨道倾斜量等姿态变化参数；只能获得各个测量点处的铁轨路基沉降量离散值，无法实现对全路段的连续测量。
[0004]基于摄像、卫星定位及惯性导航的测量方法存在的问题有:价格昂贵，需要在两个卫星定位基站间采用惯性导航器件进行连续动态测量，卫星定位基站价格较高，且惯性导航器件的价格亦随精度要求的提高而呈几何级数增长，因此，这类系统价格昂贵，不利于大范围推广应用；测量结果不可重复，惯性导航器件测量过程具有不可复现性，因而不利于对测量结果进行事后追溯。
[0005]综上所述，现有的路基沉降测量方法存在测量效率低、无法实现连续测量，且价格昂贵等缺点。
【发明内容】
[0006]针对现有的路基沉降测量方法存在的上述问题，现提供一种旨在实现可连续测量且测量效率高的铁轨路基沉降测量方法。
[0007]具体技术方案如下:
[0008]一种铁轨路基沉降测量方法，采用一安装有结构光传感器的移动测量载具在一设置有复数个基准点的待测量铁轨沿线区域内进行测量，在所述待测量铁轨沿线区域内设置有具有标准路基点75Γ坐标值的路基；
[0009]所述铁轨路基沉降测量方法包括下述步骤:
[0010]Al.获取一预设区段内预设数目的所述基准点在大地坐标系下的标准坐标值及在设定位置的摄像机拍摄获得的以所述摄像机为中心的局部坐标系下的局部坐标值；
[0011]A2.根据预设数目的所述基准点在大地坐标系下的标准坐标值及相应的所述基准点在所述摄像机为中心的局部坐标系下的局部坐标值，获取局部坐标系与大地坐标系之间的变换关系；
[0012]A3.采用所述移动测量载具在所述待测量铁轨沿线区域中的铁轨上移动，通过所述结构光传感器对所述待测量铁轨沿线区域的路基进行结构光三维重建，获取所述路基的三维点云，所述三维点云中的点坐标值为以所述移动测量载具为中心的局部坐标值；
[0013]A4.对所述三维点云进行配准，并将配准后所述路基的所有所述三维点云的局部坐标值根据所述变换关系转换为大地坐标值，并进行存储；
[0014]A5.根据所述路基的标准路基点云坐标值与测得的大地坐标值进行计算获取所述路基的绝对沉降值。
[0015]优选的，所述基准点包括成对以预设距离放置于铁轨沿线的CPIII点和在所述待测量铁轨沿线区域预设的复数个标记点。
[0016]优选的，步骤Al的具体过程为:
[0017]采用全站仪测量预设区段内预设数目的所述CPIII点在大地坐标系下的标准坐标值，进行存储；
[0018]采用双目交汇法获取相应的所述CPIII点的局部坐标值；
[0019]同时，采用所述全站仪测量预设区段内预设数目的所述标记点在大地坐标系下的标准坐标值，进行存储；
[0020]采用双目交汇法获取所述标记点的局部坐标值。
[0021]优选的，所述结构光传感器发射的结构光为采用单相机发射的结构光或采用双相机发射的结构光。
[0022]优选的，在步骤A5中通过将所述路基的标准路基点云坐标值与测得的大地坐标值相减获取所述路基的所述绝对沉降值。
[0023]优选的，还包括步骤A6:根据测得的所述路基的大地坐标值及所述路基的标准路基点云坐标值可获得所述路基在铁轨沿线的方位、俯仰和横滚三个方向的角度值。
[0024]优选的，在所述A4中对所述三维点云进行配准的具体过程为:
[0025]所述三维点云组成复数幅点云图；
[0026]采集每幅所述点云图上的稳定特征，对比相邻两幅所述点云图中所述稳定特征，以将所有所述点云图对应的所述三维点云统一到同一以所述移动测量载具为中心的局部坐标系下；
[0027]所述稳定特征为所述待测量铁轨沿线区域内的枕木区域。
[0028]上述技术方案的有益效果:
[0029]本技术方案在充分利用现有CP III点的基础上，采用摄像测量方法实现对铁轨路基沉降及铁轨几何参数的自动高精度和长时间连续测量。该方法在提高精度和效率的同时尽量避免对现有铁轨测量资源的浪费，并可实现测量过程数据的存档与追溯。
【附图说明】
[0030]图1为本发明所述铁轨路基沉降测量方法的一种实施例的方法流程图；
[0031]图2为全场结构光模式为黑白条纹模式的示意图；
[0032]图3为全场结构光模式为斑点模式的示意图。
【具体实施方式】
[0033]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在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0035]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
[0036]如图1所示，一种铁轨路基沉降测量方法，采用一安装有结构光传感器的移动测量载具在一设置有复数个基准点的待测量铁轨沿线区域内进行测量，在待测量铁轨沿线区域内设置有具有标准路基点云坐标值的路基；
[0037]铁轨路基沉降测量方法包括下述步骤:
[0038]Al.获取一预设区段内预设数目的基准点在大地坐标系下的标准坐标值及在设定位置的摄像机拍摄获得的以摄像机为中心的局部坐标系下的局部坐标值；
[0039]A2.根据预设数目的基准点在大地坐标系下的标准坐标值及相应的基准点在摄像机为中心的局部坐标系下的局部坐标值，获取局部坐标系与大地坐标系之间的变换关系；
[0040]A3.采用移动测量载具在待测量铁轨沿线区域中的铁轨上移动，通过结构光传感器对待测量铁轨沿线区域的路基进行结构光三维重建，获取路基的三维点云，并进行存储，三维点云中的点坐标值为以移动测量载具为中心的局部坐标值；以移动测量载具为中心的局部坐系的X轴、Y轴与水平面平行，Z轴与移动测量载具的重心线重合；
[0041]A4.对三维点云进行配准，并将配准后路基的三维点云的局部坐标值根据变换关系转换为大地坐标值，并进行存储；
[0042]A5.根据路基的标准路基点云坐标值与测得的大地坐标值进行计算获取路基的绝对沉降值。
[0043]在本实施例中，移动测量载具的移动速度范围可依据需求和器件的水平来定义。例如:当摄像机的成像速率为60帧/s时，每个摄像机在铁轨纵向方向能覆盖1.5米，且两幅图像之间要求重合0.5米，则测量载具的移动速度为60* (1.5-0.5) = 60米/s。
[0044]铁轨路基沉降测量方法在充分利用现有CP III点的基础上，采用摄像测量方法实现对铁轨路基沉降及铁轨几何参数的自动高精度和长时间连续测量。该方法在提高精度和效率的同时尽量避免对现有铁轨测量资源的浪费，并可实现测量过程数据的存档与追溯。
[0045]在优选的实施例中，基准点包括成对以预设距离放置于铁轨沿线的CPIII点和在待测量铁轨沿线区域预设的复数个标记点。
[0046]在本实施例中采用标记点的目的在于提高测量效率。在第一次测量时，采用可CPIII点作为基准点，并记录下这些基准点的位置坐标。由于CPIII点安装较为费时费力，因此在后续测量中，可以采用图像标记点代替CPIII点以提高效率。
[0047]在优选的实施例中，步骤Al的具体过程为:
[0048]采用全站仪测量预设区段内预设数目的CPIII点在大地坐标系下的标准坐标值，进tx存储；
[0049]采用双目交汇法获取相应的CPIII点的局部坐标值(也可通过结构光传感器获取CPIII点的局部坐标值)；
[0050]同时，采用全站仪测量预设区段内预设数目的标记点在大地坐标系下的标准坐标值，进行存储；
[0051]采用双目交汇法获取标记点的局部坐标值。
[0052]在本实施例中，可采用多台相机或结构光传感器中的摄像机得到CPIII点在局部坐标系中的坐标值，采用全站仪测量可以得到CPIII点在大地坐标系中的坐标值。因此，由相同CPIII点在局部坐标系和大地坐标系中的坐标值，可以计算得到局部坐标系与大地坐标系之间的变换关系。
[0053]在进行CPIII点测量时，在待测量铁轨沿