鐵路軌道是直接承載列車高速平穩(wěn)運行的基礎(chǔ)設(shè)備,其高平順的幾何線形是保障列車安全運行的重要前提。在鐵路投入運營后,鐵路軌道長期承受輪軸動力反復(fù)作用以及縮脹、沉降等自然外力的影響,引發(fā)軌道變形,因此需定期檢測軌道幾何狀態(tài)的平順性。目前三維激光掃描技術(shù)已成為點云數(shù)據(jù)獲取的重要手段,發(fā)揮著愈來愈重要的作用,并且在各應(yīng)用領(lǐng)域取得了一定了成就,但是在鐵道工程領(lǐng)域應(yīng)用很少。本文試著以鐵路軌道幾何形態(tài)為中心,從測站布設(shè)方案、軌道點云預(yù)處理、軌道相關(guān)點云提取、軌道靜態(tài)幾何參數(shù)計算等過程方面入手,研究軌道點云軌道幾何參數(shù)計算的問題。本文主要完成以下幾個方面工作:（1）地面三維激光掃描儀所測點云拼接時有標(biāo)靶拼接和控制點拼接兩種拼接方式,利用掃描儀在標(biāo)靶拼接和控制點拼接兩種不同的拼接模式下,在不同掃描距離、靶球數(shù)量情況下進(jìn)行拼接實驗,得到不同拼接方式、實驗配置下的拼接精度。通過比較拼接精度和拼接的工作量等,為鐵路點云的采集選取合理的掃描拼接方案,以求軌道點云精度,密度等達(dá)到要求的同時掃描效率最大化。（2）原始采集的軌道點云存在有噪聲、數(shù)據(jù)冗余、點云不均勻等問題,點云需要重采樣。點云去噪時容易使得點云模型發(fā)生形... 

【文章來源】：蘭州交通大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Z+F-5010C三維激光掃描儀

蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文-11-其屬于三維坐標(biāo)系，X軸方向為儀器橫向掃描方向，Y軸在水平面內(nèi)垂直于X軸，X軸垂直于Z軸，Z軸平行與儀器豎向掃描面。X、Y、Z三軸相互垂直，三軸可構(gòu)成右手坐標(biāo)系。儀器坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)如下圖：圖2.2三維激光掃描儀坐標(biāo)示意圖假設(shè)S為坐標(biāo)系原點到任意測點P的距離，α為掃描儀測得的水平角，θ為掃描儀測得的豎直角。那么任一點Z)Y,P(X,在掃描坐標(biāo)系中的坐標(biāo)就可表示為：sinsincoscoscosSZSYSX（2.1）2.1.4點云數(shù)據(jù)的特點不同的三維激光掃描儀受到儀器制作的特點影響，所掃描出的點云也各有特征，有的掃描儀按照嚴(yán)格的行列進(jìn)行掃描，有的掃描儀以固定的夾角進(jìn)行掃描，早期的三維激光掃描儀是將目標(biāo)物體放到固定承物臺進(jìn)行掃描測量，掃描的方式是掃描光線垂直向下成行成列地進(jìn)行掃描，而現(xiàn)在常用的地面三維激光掃描儀則可以在任意位置進(jìn)行掃描，掃描光線的發(fā)射也成為了按照固定夾角進(jìn)行發(fā)射。點云數(shù)據(jù)的空間排列形式根據(jù)測量傳感器的類型分為：陣列點云、線掃描點云、面掃描點云以及全散亂點云。不同排列形式的點云的相關(guān)算法也有差別，本文主要以散亂點云為研究計算對象。

基于點云數(shù)據(jù)計算軌道幾何形態(tài)的研究-12-（a）掃描線點云（b）陣列式點云（c）網(wǎng)格式點云（d）散亂式點云圖2.3不同點云數(shù)據(jù)的表達(dá)形式點云數(shù)據(jù)具有以下特性：（1）包含有大規(guī)模數(shù)據(jù)，通過三維激光掃描儀采集到的數(shù)據(jù)，通常都包含了幾十萬、上百萬個掃描點，即所有掃描到的數(shù)據(jù)數(shù)量有上百萬個，若被掃描物體規(guī)模較大，甚至可采集到上億個數(shù)據(jù)。（2）在進(jìn)行掃描時，可設(shè)置掃描數(shù)據(jù)點間隔，通常我們將間隔設(shè)置為1mm，密度相對較高，這樣采集到的數(shù)據(jù)在進(jìn)行建模時更加方便，因此點云數(shù)據(jù)具有高密度特性。（3）激光掃描系統(tǒng)主要通過發(fā)射激光的方式來獲取被測物體的信息，所以掃描得到的點云通常都具備較強(qiáng)的反射率，部分掃描系統(tǒng)還能夠檢測到被測物體的色彩，由此，激光掃描得到的點云數(shù)據(jù)，具有較強(qiáng)的光學(xué)特征信息。（4）掃描后采集到的點云數(shù)據(jù)中包含被測物體的三維坐標(biāo)信息，且由于全景掃描，其采集到的信息也相對更為全面，才能根據(jù)這些數(shù)據(jù)得到物體的立體信息，因此可認(rèn)為，點云數(shù)據(jù)具有立體化特性。（5）由于各數(shù)據(jù)點之間并未產(chǎn)生聯(lián)系，且未構(gòu)建過相應(yīng)的拓?fù)潢P(guān)系，因此這些點云數(shù)據(jù)具有離散性。（6）可量測性。利用該掃描系統(tǒng)可直接得到被測物體的空間位置信息，包含點云坐標(biāo)、表面法向量、方位角、點云間距等，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)還可對該數(shù)據(jù)所處表面的面積、體積進(jìn)行計算，因此點云數(shù)據(jù)具有可測量性。（7）掃描儀在掃描時，隨著掃描角度、掃描距離的不斷擴(kuò)大，點云各點間距也在逐漸增大，同時受儀器誤差影響以及其它因素，采集到的點云數(shù)據(jù)并未按照一定的規(guī)律排列，點云密度不可控，具有非規(guī)則性。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于三維激光掃描技術(shù)的既有鐵路道岔岔心自動提取方法[J]. 張云鵬.  鐵道勘察. 2019(05)
[2]基于NURBS的軌道板點云外形尺寸檢測研究[J]. 李圓,張獻(xiàn)州,陳霄,包建強(qiáng),陳旭升.  鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計. 2020(03)
[3]鐵軌數(shù)據(jù)提取和軌道建模的機(jī)載激光雷達(dá)方法[J]. 王凡,許筱.  現(xiàn)代礦業(yè). 2019(06)
[4]基于法向量距離分類的散亂點云數(shù)據(jù)去噪[J]. 王曉輝,吳祿慎,陳華偉.  吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2020(01)
[5]基于自適應(yīng)鄰域匹配的點云配準(zhǔn)方法[J]. 張順利,徐艷芝,周明全,耿國華,張雨禾.  計算機(jī)學(xué)報. 2019(09)
[6]泥石流溝谷3D點云數(shù)據(jù)采集處理及可視化[J]. 楊敏,袁希平,甘淑,朱贊,于輝,張雄浩,詹俏.  昆明理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2018(04)
[7]復(fù)雜帶狀地形條件下的地面三維激光掃描點云數(shù)據(jù)采集與配準(zhǔn)處理試驗[J]. 楊敏,甘淑,袁希平,高莎,朱贊,于輝.  測繪通報. 2018(05)
[8]基于三維點云的接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測方法[J]. 周靖松,韓志偉,楊長江.  儀器儀表學(xué)報. 2018(04)
[9]三維激光掃描點云數(shù)據(jù)處理研究進(jìn)展、挑戰(zhàn)與趨勢[J]. 楊必勝,梁福遜,黃榮剛.  測繪學(xué)報. 2017(10)
[10]散亂點云去噪與簡化的統(tǒng)一算法[J]. 趙京東,楊鳳華,郭英新.  計算機(jī)應(yīng)用. 2017(10)

博士論文
[1]基于激光掃描的三維點云數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究[D]. 陳永輝.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2017
[2]高速鐵路軌道精測精調(diào)及其平順性優(yōu)化研究[D]. 李陽騰龍.西南交通大學(xué) 2017
[3]基于A-INS組合導(dǎo)航的鐵路軌道幾何狀態(tài)精密測量技術(shù)研究[D]. 陳起金.武漢大學(xué) 2016
[4]基于點云信息的既有鐵路狀態(tài)檢測與評估技術(shù)研究[D]. 韓峰.西南交通大學(xué) 2015
[5]三維數(shù)字幾何處理中特征提取與孔洞修補(bǔ)研究[D]. 王小超.大連理工大學(xué) 2014

碩士論文
[1]地面三維激光掃描技術(shù)在古建筑測繪中的應(yīng)用研究[D]. 王軍.蘭州交通大學(xué) 2018
[2]三維激光掃描點云數(shù)據(jù)孔洞修復(fù)與精簡算法研究[D]. 周欣.北京建筑大學(xué) 2018
[3]基于逆向工程的掃描點云數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)研究[D]. 陳艷雷.河南工業(yè)大學(xué) 2018
[4]三維點云數(shù)據(jù)的去噪和特征提取算法研究[D]. 史皓良.南昌大學(xué) 2017
[5]各向異性多邊濾波在三維點云去噪中的應(yīng)用研究[D]. 付德敏.燕山大學(xué) 2017
[6]三維激光掃描點云數(shù)據(jù)精簡算法研究[D]. 婁呂.昆明理工大學(xué) 2017
[7]基于弦測法原理的波磨檢測小車的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 劉文輝.蘭州交通大學(xué) 2016
[8]基于激光掃描技術(shù)的軌道檢測與曲線整正算法設(shè)計[D]. 陳勇.蘭州交通大學(xué) 2016
[9]鐵路場景下三維點云識別與分類算法研究[D]. 張楠.北京交通大學(xué) 2016
[10]高速鐵路軌道平順性測量相關(guān)技術(shù)問題的研究[D]. 趙政權(quán).西南交通大學(xué) 2011



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