徠卡ScanStation P20在鋼軌檢測中的應(yīng)用

韋志龍，邵國防

(徠卡測量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京 100020)

一、引言

隨著我國高鐵事業(yè)的不斷發(fā)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(tǒng)方法是采用全站儀測量鋼軌的邊線，但因?yàn)槿緝x只能測量單點(diǎn)，對于同一鋼軌，測量點(diǎn)位置的不同，所得結(jié)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(shù)的發(fā)展，三維激光掃描儀在鋼軌尺寸檢測中的應(yīng)用也開始興起，由于掃描儀具有掃描速度快、點(diǎn)云信息量豐富的特點(diǎn)，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(xiàng)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(diǎn)/s。使用徠卡ScanStation P20掃描軌道具有以下優(yōu)勢：①數(shù)據(jù)獲取自動化、速度快；②數(shù)據(jù)獲取全面、點(diǎn)云豐富、精度高；③數(shù)據(jù)是三維矢量，簡單直觀；④拼接方式多元化，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性；⑤后期軟件功能強(qiáng)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(jìn)行掃描,共架設(shè)4站，架站位置如圖1所示。

圖1

同時在軌道的四周架設(shè)黑白標(biāo)靶，后期進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動拼接。徠卡P20具有標(biāo)靶雙面掃描功能，類似于全站儀的盤左盤右測量，可以將標(biāo)靶獲取精度提高為1mm。

三、內(nèi)業(yè)處理

1. 數(shù)據(jù)拼接

數(shù)據(jù)掃描之后，使用徠卡后處理點(diǎn)云軟件Cyclone處理數(shù)據(jù)，即首先進(jìn)行拼接。徠卡Cyclone點(diǎn)云處理軟件可進(jìn)行多種拼接，如已知控制點(diǎn)拼接、標(biāo)靶自動拼接、點(diǎn)云自動拼接、特征點(diǎn)拼接等，并提供詳細(xì)的拼接誤差報(bào)告。詳細(xì)的拼接報(bào)告對成果至關(guān)重要，只有可靠的高精度拼接才能保證整體點(diǎn)云數(shù)據(jù)的質(zhì)量，后期的檢測分析報(bào)告才有意義。

圖2是本次軌道掃描項(xiàng)目的拼接報(bào)告，拼接精度可以保證在1mm之內(nèi)。

圖2

2. 特征線提取

數(shù)據(jù)拼接之后，需要對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合計(jì)算，提取軌道的特征線。首先量取不同距離間的軌道平距，創(chuàng)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(diǎn)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(jìn)行測量。并根據(jù)點(diǎn)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(diǎn)。切割間隔為3m。如圖5所示。

圖5

數(shù)據(jù)切割之后可批量導(dǎo)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(shù)據(jù)成果，見表1。

表1　m

四、結(jié)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(jì)算結(jié)果均是軟件根據(jù)點(diǎn)云擬合計(jì)算得出的精確結(jié)果，避免了因人員操作不當(dāng)引起的誤差。三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展越來越迅速，在行業(yè)中的應(yīng)用也越來越廣泛和成熟。隨著三維激光掃描技術(shù)的不斷發(fā)展及軟件功能的不斷更新，掃描儀在鋼軌檢測行業(yè)中一定會有越來越多的應(yīng)用。

(本專欄由徠卡測量系統(tǒng)和本刊編輯部共同主辦)

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