徠卡ScanStation P20在鋼軌檢測中的應用

徠卡ScanStation P20在鋼軌檢測中的應用

韋志龍，邵國防

(徠卡測量系統貿易(北京)有限公司，北京 100020)

一、引言

隨著我國高鐵事業的不斷發展，鐵路已成為人們最普遍的出行方式之一。與此同時，鐵路的檢測維修也變得日益重要，特別是對于中鐵、中建及寶鋼等客戶，精確檢測出鐵路鋼軌的變形是其日常檢測的基本工作。傳統方法是采用全站儀測量鋼軌的邊線，但因為全站儀只能測量單點，對于同一鋼軌，測量點位置的不同，所得結果也有差異，全站儀測量并不能完全反映出鋼軌的所有尺寸信息。隨著三維激光掃描技術的發展，三維激光掃描儀在鋼軌尺寸檢測中的應用也開始興起，由于掃描儀具有掃描速度快、點云信息量豐富的特點，可更好地檢測出鋼軌的邊線，因此，三維激光掃描儀成了更佳的選擇。

二、掃描方案

本次掃描項目使用徠卡ScanStation P20超高速三維激光掃描儀，其有效半徑120m，最低噪音0.4mm，掃描速度100萬點/s。使用徠卡ScanStation P20掃描軌道具有以下優勢：①數據獲取自動化、速度快；②數據獲取全面、點云豐富、精度高；③數據是三維矢量，簡單直觀；④拼接方式多元化，保證數據準確性；⑤后期軟件功能強大，自動提取特征線，避免了人工操作的失誤。

首先使用徠卡P20對鐵路軌道進行掃描,共架設4站，架站位置如圖1所示。

圖1

同時在軌道的四周架設黑白標靶，后期進行數據的自動拼接。徠卡P20具有標靶雙面掃描功能，類似于全站儀的盤左盤右測量，可以將標靶獲取精度提高為1mm。

三、內業處理

1. 數據拼接

數據掃描之后，使用徠卡后處理點云軟件Cyclone處理數據，即首先進行拼接。徠卡Cyclone點云處理軟件可進行多種拼接，如已知控制點拼接、標靶自動拼接、點云自動拼接、特征點拼接等，并提供詳細的拼接誤差報告。詳細的拼接報告對成果至關重要，只有可靠的高精度拼接才能保證整體點云數據的質量，后期的檢測分析報告才有意義。

圖2是本次軌道掃描項目的拼接報告，拼接精度可以保證在1mm之內。

圖2

2. 特征線提取

數據拼接之后，需要對點云數據進行擬合計算，提取軌道的特征線。首先量取不同距離間的軌道平距，創建一個切面，對軌道切割，如圖3所示。

圖3

量取同一軌道的平距：在10m處是1.443m，在50米處是1.452m。不同距離的點云間距基本相同。

然后在圖4中選取A軌道的某一特征線與B軌道的某一特征線進行測量。并根據點云之間的曲率變化提取特征線。

圖4

提取兩條特征線之后，對兩條特征線用同一法線平面作切割，獲取它們的交點。切割間隔為3m。如圖5所示。

圖5

數據切割之后可批量導出Excel表格，最終可得出不同位置的軌道面平距和高差，完成數據成果，見表1。

表1　m

四、結束語

采用徠卡P20掃描鋼軌并檢測出鋼軌變形量和高差的整個流程，其所有的計算結果均是軟件根據點云擬合計算得出的精確結果，避免了因人員操作不當引起的誤差。三維激光掃描技術的發展越來越迅速，在行業中的應用也越來越廣泛和成熟。隨著三維激光掃描技術的不斷發展及軟件功能的不斷更新，掃描儀在鋼軌檢測行業中一定會有越來越多的應用。

(本專欄由徠卡測量系統和本刊編輯部共同主辦)

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