基于线结构光的道钉识别方法以及道钉识别作业车技术

本发明专利技术公开了一种基于线结构光的道钉识别方法，包括如下步骤：驱动线结构光传感器沿轨道匀速移动，以获取原始点云数据；对所述原始点云数据在轨道高度方向进行滤波，以获取高度滤波点云数据；对所述高度滤波点云数据，在轨道延伸方向进行中部划分以及在轨道横向方向进行中部划分，以此划分为四组包含道钉的点云数据；对四组所述包含道钉的点云数据进行圆拟合以分别获取中心点坐标，所述中心点坐标为道钉上端面中心坐标。该基于线结构光的道钉识别方法能够有效地解决目前道钉检测效果不好、效率不高的问题。本发明专利技术还公开了一种采用上述道钉识别方法的基于线结构光的道钉识别作业车。

【技术实现步骤摘要】
基于线结构光的道钉识别方法以及道钉识别作业车
本专利技术涉及交通检测
，更具体地说，涉及一种基于线结构光的道钉识别方法，还涉及一种采用上述道钉识别方法的基于线结构光的道钉识别作业车。
技术介绍
当前在换轨和检修的过程中进行道钉定位的主要方法是人工目测，作业时会有大量的工作人员推着作业小车到达作业地点，人工目测道钉位置，然后将扳手置于道钉上进行螺母的拧松或拧紧。专利公开号CN108867211A，名为“一种高精度道钉位置检测装置及方法”为本专利申请的最接近的现有技术，具有参考价值。该专利通过距离编码器记录道钉沿轨道方向距离，通过测距传感器记录道钉竖直方向距离与沿枕木方向位置，当竖直方向距离大于或小于设定的距离时，记录下编码器的两个值，通过这两个值计算出道钉中心沿轨道方向的坐标，道钉中心沿轨枕方向的坐标由此方向的信号源坐标与测距传感器相对于道钉中心的距离计算得到。人工目测定位道钉的方法将耗费大量的人力物力，在作业完成后会有部分遗留物，造成后续的清理问题，且该方法难与整机进行配合，不利于维修与换轨作业的智能化实施。单纯依靠编码器与测距传感器进行记录的方法，在道钉安装不规范或偏斜的情况下会存在误检，降低定位精度，且该方法中编码器同时只能检测一个道钉，效率不高。综上所述，如何有效地解决目前道钉检测效果不好、效率不高的问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的第一个目的在于提供一种基于线结构光的道钉识别方法，该基于线结构光的道钉识别方法可以有效地解决目前道钉检测效果不好、效率不高的问题，本专利技术的第二个目的是提供一种采用上述道钉识别方法的基于线结构光的道钉识别作业车。为了达到上述第一个目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于线结构光的道钉识别方法，包括如下步骤：驱动线结构光传感器沿轨道匀速移动，以获取原始点云数据；对所述原始点云数据在轨道高度方向进行滤波，以获取高度滤波点云数据；对所述高度滤波点云数据，在轨道延伸方向进行中部划分以及在轨道横向方向进行中部划分，以此划分为四组包含道钉的点云数据；对四组所述包含道钉的点云数据进行圆拟合以分别获取中心点坐标，所述中心点坐标为道钉上端面中心坐标。在该基于线结构光的道钉识别方法中，采用线结构光传感器实现道钉的三维定位测量，具有高测量精度、强鲁棒性、智能化的特点；虽然两根枕木上的四颗道钉高度会不一致，但是基于线结构光的传感器仍旧能够准确地测量出道钉的尺寸大小与道钉中心的坐标，具有良好的抗干扰性能；而且可精确测量两根轨枕上四颗道钉的相对距离与绝对位置，能很好地与大型养路机械设备作业配合，无需人工定位，减少了工作人员的工作强度，提高了作业的精度与效率。且可作为后续机器人作业的视觉引导部分。综上所述，该基于线结构光的道钉识别方法能够有效地解决目前道钉检测效果不好的问题。优选地，所述对四组所述包含道钉的点云数据进行圆拟合以分别获取中心点坐标为：将各组所述包含道钉的点云数据分别代入目标函数方程：L(a,b,c)＝∑(xi2+yi2+axi+byi+c)2，以根据最小二乘法使目标函数最小，解得圆心x向坐标y向坐标标且所述包含道钉的点云数据分布半径其中x为所述包含道钉的点云数据中各点在轨道延伸方向上的坐标，其中y为所述包含道钉的点云数据中各点在轨道横向方向上的坐标。优选地，所述对四组所述包含道钉的点云数据进行圆拟合以分别获取中心点坐标，之前还包括：对各组所述包含道钉的点云数据中噪点过滤，以去除离群点。优选地，在获取圆心坐标后，从对应所述包含道钉的点云数据中选取与所述圆心坐标差距最小的点作为所述中心点坐标。优选地，对所述高度滤波点云数据划分为四组包含道钉的点云数据为：对所述高度滤波点云数据求出x的最大值xmax与最小值xmin，其中x中值xmid＝(xmax+xmin)/2，并将所述高度滤波点云数据中x大于xmid的点云数据作为第一组点云数据，而x小于xmid的点云数据作为第二组点云数据；对所述第一组点云数据求出y的最大y1max与最小值y1min，对所述第二组点云数据求出y的最大y2max与最小值y2min，求出所述第一组点云数据的y中值y1mid＝(y1max+y1min)/2，所述第二组点云数据的y中值y2mid＝(y2max+y2min)/2；对所述第一组点云数据以y1mid为分界点划分为两组所述包含道钉的点云数据，对所述第二组点云数据以y2mid为分界点划分为另外两组所述包含道钉的点云数据。优选地，所述对所述原始点云数据在轨道高度方向进行滤波为：对所述原始点云数据采用体素栅格下采样来精简数据，再滤除离群噪声点，以获取中间点云数据；对所述中间点云数据中各坐标点z值超过获知的道钉上端点分布范围阈值Δz的点去除掉，z为所述包含道钉的点云数据中各点在轨道高度方向上的坐标。优选地，在获得所述道钉上端面中心坐标后，所述作业装置根据所述道钉上端面中心坐标进行停靠作业，所述线结构光传感器继续沿轨道匀速移动以获取下一组所述原始点云数据。优选地，所述线结构光传感器安装在作业车上，以由所述作业车驱动沿轨道匀速移动。优选地，所述作业车上设置有里程编码器。为了达到上述第二个目的，本专利技术还提供了一种基于线结构光的道钉识别作业车，该道钉识别作业车包括：车体，能够沿轨道匀速行走；线结构光传感器，通过支架安装在所述车体前端，且照射方向垂直于轨道面且朝向轨道面；作业装置，安装在车体，所述作业装置设置有朝下设置的调整机构；控制器，控制所述车体沿轨道匀速移动，并能对所述线结构光传感器获取的滤除噪声点后的原始点云数据进行如下处理：对所述原始点云数据进行数据精简和去除离群点，然后在轨道高度方向进行滤波，以获取高度滤波点云数据，对所述高度滤波点云数据，在轨道延伸方向进行中部划分以及在轨道横向方向进行中部划分，以此划分为四组包含道钉的点云数据，对四组所述包含道钉的点云数据进行圆拟合以分别获取中心点坐标，所述中心点坐标为道钉上端面中心坐标，并在获取所述道钉上端面中心坐标后根据各个坐标参数设置调整机构的坐标值，使其与轨枕间距进行匹配以准确移动到各个道钉位置，并能够控制所述作业装置定点停靠进行作业。由于上述的基于线结构光的道钉识别方法具有上述技术效果，采用该道钉识别方法的道钉识别作业车也应具有相应的技术效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的道钉识别方法的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的道钉识别作业车的结构示意图。附图中标记如下：作业车1、线结构光传感器2、支架3、里程编码器4、道钉5、作业装置6、调整本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于线结构光的道钉识别方法，其特征在于，包括如下步骤：/n驱动线结构光传感器沿轨道匀速移动，以获取原始点云数据；/n对所述原始点云数据在轨道高度方向进行滤波，以获取高度滤波点云数据；/n对所述高度滤波点云数据，在轨道延伸方向进行中部划分以及在轨道横向方向进行中部划分，以此划分为四组包含道钉的点云数据；/n对四组所述包含道钉的点云数据进行圆拟合以分别获取中心点坐标，所述中心点坐标为道钉上端面中心坐标。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于线结构光的道钉识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
驱动线结构光传感器沿轨道匀速移动，以获取原始点云数据；
对所述原始点云数据在轨道高度方向进行滤波，以获取高度滤波点云数据；
对所述高度滤波点云数据，在轨道延伸方向进行中部划分以及在轨道横向方向进行中部划分，以此划分为四组包含道钉的点云数据；
对四组所述包含道钉的点云数据进行圆拟合以分别获取中心点坐标，所述中心点坐标为道钉上端面中心坐标。


2.根据权利要求1所述的基于线结构光的道钉识别方法，其特征在于，所述对四组所述包含道钉的点云数据进行圆拟合以分别获取中心点坐标为：
将各组所述包含道钉的点云数据分别代入目标函数方程：
L(a,b,c)＝∑(xi2+yi2+axi+byi+c)2，
以根据最小二乘法使目标函数最小，解得圆心x向坐标y向坐标标且所述包含道钉的点云数据分布半径其中x为所述包含道钉的点云数据中各点在轨道延伸方向上的坐标，其中y为所述包含道钉的点云数据中各点在轨道横向方向上的坐标。


3.根据权利要求2所述的基于线结构光的道钉识别方法，其特征在于，所述对四组所述包含道钉的点云数据进行圆拟合以分别获取中心点坐标，之前还包括：
对各组所述包含道钉的点云数据精简后进行噪点过滤，以去除离群点。


4.根据权利要求3所述的基于线结构光的道钉识别方法，其特征在于，在获取圆心坐标后，从对应所述包含道钉的点云数据中选取与所述圆心坐标差距最小的点作为所述中心点坐标。


5.根据权利要求4所述的基于线结构光的道钉识别方法，其特征在于，对所述高度滤波点云数据划分为四组包含道钉的点云数据：
对所述高度滤波点云数据求出x的最大值xmax与最小值xmin，其中x中值xmid＝(xmax+xmin)/2，并将所述高度滤波点云数据中x大于xmid的点云数据作为第一组点云数据，而x小于xmid的点云数据作为第二组点云数据；
对所述第一组点云数据求出y的最大y1max与最小值y1min，对所述第二组点云数据求出y的最大y2max与最小值y2min，求出所述第一组点云数据的y中值y1mid＝(y1max+y1min)/2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞香，蔡杰，吴春艳，陆建华，张伟，蔡亚朋，刘巧龙，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43