[发明专利]一种轨道建筑空间3D点云数据转换方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据处理方法，尤其是涉及一种轨道建筑空间3D点云数据转换方法。

背景技术

城市轨道交通运营管理的发展，需要对地下隧道的轨道线路沿线建筑空间形状进行记录，作为数字化维护保障管理信息系统的空间数据库。将3D激光扫描仪设置成2D扫描模式并安装在轨道小车上，可快速完成对沿线建筑空间形状数据的采集。由于2D扫描只能采集到独立的建筑截面数据，若要重建隧道3D建筑空间，还需要知道移动2D扫描车辆的行走路径与姿态，生成缺失的坐标信息后，才可将许多2D截面数据按照实际情况拼接起来。按常理，要使行走车辆可记录轨道曲直度行走轨迹，需要引入惯性导航(IMU)结合全球定位系统(GPS)的空间定位方法。由于IMU系统复杂且价格昂贵，在地下隧道又无法引入GPS系统，这种方法并不可行。已申请发明专利《一种城市轨道交通检修小车定位系统》(申请号201110211175.3)提出了利用光电编码器和光电传感器来检测轨道小车的行走距离，但是该专利描述的技术能检测到的行走轨迹是关于直线标量的距离，还不能获得小车在弯曲轨道上行走时的轨迹矢量。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种算法简单、硬件需求低的轨道建筑空间3D点云数据转换方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种轨道建筑空间3D点云数据转换方法，该方法通过沿轨道运行的工务检测车实现，包括以下步骤：

一种轨道建筑空间3D点云数据转换方法，该方法通过沿轨道运行的工务检测车实现，其特征在于，包括以下步骤：

1)周期性地读取工务检测车同一轮轴两侧的车轮在当前时刻n的位置信息，并与前一时刻n-1的位置信息相比较，由此计算出两侧车轮的位移信息C₁和C₂；

2)由位移信息C₁、C₂和轨道的轨距L，分别计算出时刻n车辆位置点轨道的等效弯曲半径与内侧轨道相交点的长度L₀和与外侧轨道相交点的长度L+L₀，以及该时刻等效弯曲半径与前一时刻n-1等效弯曲半径的夹角θ；

3)将前一时刻n-1至当前时刻n之间的螺旋式行进扫描点近似投影到n时刻的等效弯曲半径线上；

4)对当前时刻n等效半径线上的每一扫描点P_n作垂线，此垂线终止于前一时刻n-1半径线，该终点是对应时刻n等效半径上点P_n的时刻n-1等效半径上的点P_n-1，并计算该垂线距离C_x；

5)根据θ和C_x计算点P_n由其所在的坐标系转换到点P_n-1所在坐标系的偏移值Δu_x和Δv_x，并进行坐标转换；

6)重复步骤3)～步骤5)，计算当前时刻n等效半径线上所有的点转换到前一时刻n-1的坐标系中的偏移值，进行坐标转换，获取轨道建筑空间3D点云数据并输出。

步骤1)中信息读取时刻的周期与工务检测车的激光扫描仪镜头的旋转周期同步，使得所计算的位移信息C₁和C2有足够精度。

与现有技术相比，本发明基于移动式2D激光扫描技术对隧道建筑空间进行数据采集的方法，利用简单的双轮光电编码器获取隧道的纵向曲线信息，通过将螺旋式行进扫描点近似为截面式扫描点，巧妙地解决了将移动式2D扫描数据拓展成3D扫描数据的转换方法，通过对数据线下处理有效完成了对移动扫描点云数据的坐标转换。该发明涉及的算法简单、硬件需求低，并且可广泛应用于其它类似场合。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明坐标变换的原理图，其中图2(a)为实际的扫描轨迹，图2(b)为激光扫描仪扫描得到的扫描轨迹；

图3为2D点云数据近似表示的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例