徕卡ScanStation P20在钢轨检测中的应用

韦志龙，邵国防

(徕卡测量系统贸易(北京)有限公司，北京 100020)

一、引言

随着我国高铁事业的不断发展，铁路已成为人们最普遍的出行方式之一。与此同时，铁路的检测维修也变得日益重要，特别是对于中铁、中建及宝钢等客户，精确检测出铁路钢轨的变形是其日常检测的基本工作。传统方法是采用全站仪测量钢轨的边线，但因为全站仪只能测量单点，对于同一钢轨，测量点位置的不同，所得结果也有差异，全站仪测量并不能完全反映出钢轨的所有尺寸信息。随着三维激光扫描技术的发展，三维激光扫描仪在钢轨尺寸检测中的应用也开始兴起，由于扫描仪具有扫描速度快、点云信息量丰富的特点，可更好地检测出钢轨的边线，因此，三维激光扫描仪成了更佳的选择。

二、扫描方案

本次扫描项目使用徕卡ScanStation P20超高速三维激光扫描仪，其有效半径120m，最低噪音0.4mm，扫描速度100万点/s。使用徕卡ScanStation P20扫描轨道具有以下优势：①数据获取自动化、速度快；②数据获取全面、点云丰富、精度高；③数据是三维矢量，简单直观；④拼接方式多元化，保证数据准确性；⑤后期软件功能强大，自动提取特征线，避免了人工操作的失误。

首先使用徕卡P20对铁路轨道进行扫描,共架设4站，架站位置如图1所示。

图1

同时在轨道的四周架设黑白标靶，后期进行数据的自动拼接。徕卡P20具有标靶双面扫描功能，类似于全站仪的盘左盘右测量，可以将标靶获取精度提高为1mm。

三、内业处理

1. 数据拼接

数据扫描之后，使用徕卡后处理点云软件Cyclone处理数据，即首先进行拼接。徕卡Cyclone点云处理软件可进行多种拼接，如已知控制点拼接、标靶自动拼接、点云自动拼接、特征点拼接等，并提供详细的拼接误差报告。详细的拼接报告对成果至关重要，只有可靠的高精度拼接才能保证整体点云数据的质量，后期的检测分析报告才有意义。

图2是本次轨道扫描项目的拼接报告，拼接精度可以保证在1mm之内。

图2

2. 特征线提取

数据拼接之后，需要对点云数据进行拟合计算，提取轨道的特征线。首先量取不同距离间的轨道平距，创建一个切面，对轨道切割，如图3所示。

图3

量取同一轨道的平距：在10m处是1.443m，在50米处是1.452m。不同距离的点云间距基本相同。

然后在图4中选取A轨道的某一特征线与B轨道的某一特征线进行测量。并根据点云之间的曲率变化提取特征线。

图4

提取两条特征线之后，对两条特征线用同一法线平面作切割，获取它们的交点。切割间隔为3m。如图5所示。

图5

数据切割之后可批量导出Excel表格，最终可得出不同位置的轨道面平距和高差，完成数据成果，见表1。

表1　m

四、结束语

采用徕卡P20扫描钢轨并检测出钢轨变形量和高差的整个流程，其所有的计算结果均是软件根据点云拟合计算得出的精确结果，避免了因人员操作不当引起的误差。三维激光扫描技术的发展越来越迅速，在行业中的应用也越来越广泛和成熟。随着三维激光扫描技术的不断发展及软件功能的不断更新，扫描仪在钢轨检测行业中一定会有越来越多的应用。

(本专栏由徕卡测量系统和本刊编辑部共同主办)

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