专利名称：铁路边坡车载扫描检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于岩土工程监测技术领域，具体涉及一种铁路边坡车载扫描检测系统。
背景技术：
随着客运专线的大量修建会形成大量工程边坡。由于地质环境条件复杂，已建及在建工程常常发生或潜在大量的铁路边坡地质灾害问题。隧道列车的逐步提速，对铁路边坡运营养护等方面提出了新的要求。由于铁路边坡的稳定状况事关人民生命财产安全，有时甚至是国家经济和社会发展。因而，对铁路边坡的评估显得越来越重要。要对铁路边坡的状况进行评估，最主要的是高效、准确的获得影响铁路边坡状况的各物理力学指标的变化规律。 目前，针对铁路边坡的检测大多以现场定点监测为主，考虑到检测巨大的工作量，不能够大范围的对铁路边坡进行检测，也就不能对线路运营后的铁路边坡状况进行全面的对比。因而，严重的影响着铁路运输的安全性。对铁路边坡进行检测并及时反馈信息是降低边坡潜在危险的最有效方法。然而传统的铁路边坡检测主要是在现场布置一定的传感器或仪器后，通过如全站仪、GPS、测斜仪等设备，人工定时读取数据，并汇总后来判断铁路边坡的安全状况，这样做最明显的缺点就是不能实时采集到有用的信息，当信息汇总分析后往往铁路边坡已经产生了破坏，延误了预警或是处治的最佳时间，有着一定的滞后性。而且取得实时信息的办法多半是在现场安排工作人员昼夜值守，这样不仅人力资源浪费，增加了铁路边坡治理的成本，而且值班人轻工程及人员的灾害损失。如长江西陵峡新滩边坡，通过监测预报，减少直接经济损失9000万元；重庆马家坝边坡，在出现滑动前兆后及时预警，使当地930人幸免遇难；国外如瑞士阿尔卑斯山边坡(91年5月15日)，设站仪器及自动连续观测，成功的进行了预报。探索长距离低成本快速监测手段一直是铁路边坡监测工程中需要解决的问题，但从上述可以看出，现有的监测方式如全站仪、GPS、测斜仪等，虽然已被广泛使用，但其还是存在种种弊端，随着电子学和光学技术的发展普及，激光测距技术用于民用领域也得到了极大的发展。但多是应用于工业方面，主要是作为工业检测的手段，如工业产品尺寸的鉴定，铁轨宽度的检测等。在铁路边坡监测领域，目前激光测距技术也在逐渐展开应用，但是仍处于探索阶段。国内相关人员将激光位移检测原理应用到地质体状态监测中，进行了激光位移监测系统的模拟试验，并对模拟试验的结果进行了适当的分析。中国专利局公布的CN102096944A号专利，该发明涉及属于地质结构面信息获取技术，特别是地质体结构面三维激光扫描点云识别方法，其特征是1)确定需要扫描的地质体结构面范围；2)通过三个不在同一直线上的点坐标确定需要扫描的地质体结构面范围的一个面；3)通过三维激光扫描地质体结构面的三个点三维座标；获得一个平面方程；4)对确定的结构面的粗糙起伏和地形，通过三维激光扫描结构面出露面上的所有点；5)重新选择下一个地质体结构面，如果下一个面不存在到第6步；6)对上述获取的每一个平面方程，提取结构面的产状参数，然后进行结构面拟合。该方法只能实现对边坡的定点扫描，无法实现对铁路边坡移动、快速的检测。本实用新型目的就在于摸索出一套新型的铁路边坡监测系统，它不仅能够达到定点长距离、快速高效，使用成本低廉，而且从铁路边坡稳定性信息的获取到传输能够及时有效，这样可以帮助决策者对铁路边坡的稳定性做出更为准确的判断。
发明内容为了克服现有检测方法及效率的不足，本实用新 型提供一种铁路车载装置扫描边坡状态的系统，通过数据的实时动态采集，获取铁路边坡三维形貌状态，实现铁路边坡高质量信息的获取，该系统能构对铁路边坡的三维形貌状态及稳定状态进行识别与判别。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是它主要由激光扫描装置(包括数据采集模块、数据处理模块、数据接口模块)、车载移动装置、定位装置、供电装置以及计算机五部分组成。激光扫描装置安装在车载移动装置上，采集模块、数据处理模块、数据接口模块内置于激光扫描装置中，激光扫描装置通过数据传输线与计算机相连接，激光扫描装置能够在运动过程中对铁路边坡的状态进行扫描；定位装置同样安装在车载移动装置上，并通过数据线与计算机相连接；供电装置分别与激光扫描装置、定位装置相连接。车载扫描检测系统对铁路边坡进行扫描时，激光扫描装置中的扫描模块获取铁路边坡的点云数据，通过数据处理模块得到铁路边坡表面准确的三维空间坐标，数据接口模块结合三维CAD及可视化技术，利用处理后的准确三维空间坐标，在CAD中建立三维空间模型，并与现有常用的CAE软件进行数据交换，完成三维模型的导入导出。该检测系统实现了通过车载移动模式获取大量的铁路沿线边坡状态特征的检测与评估。所述的数据采集模块是激光扫描仪在运动过程中实时采集激光光刀在铁路边坡表面上的扫描光带，获取初始的点云数据。所述的数据处理模块是将扫描到的点云数据送入计算机，利用相关算法进行处理，得到铁路边坡表面准确的三维空间坐标。所述的数据接口模块是结合三维CAD及可视化技术，通过二次开发，在CAD中建立三维空间模型，并与现有常用的CAE软件进行数据交换，从而进行铁路边坡状态的评估。所述的车载移动装置是实现铁路边坡数据动态采集的基础，是能够在铁路限界内移动的车辆，可进行不同速度下的检测需求。所述的供电装置是给激光扫描系统进行供电的设备，为直流24伏。所述的定位装置是主要为基于GPS以及多普勒技术的相关装置，对扫描铁路边坡的里程、长度以及车载装置运行的位置进行记录，实现铁路各个边坡的快速定位与信息查找，安装高度距离钢轨表面一定距离。该实用新型可及时更新边坡状态数据，不仅不影响车辆的正常运行，且更和实际车况相同，保证了检测可在列车高速行驶下进行，并且直接可以得到评估边坡状况各指标的数值。为判别边坡重点监测位置、初步评估稳定性趋势提供基础，为我国铁路工务部门系统掌握铁路沿线边坡特征提供支持，为边坡信息化管理提供可靠依据。

[0016]以下附图仅旨在对本实用新型做示意性说明和解释。图I是本实用新型检测原理图。图2是本实用新型检测系统构成图。图中I.铁路边坡车载扫描检测系统，2.车载移动装置，3.激光扫描装置，4.定位装置，5.供电装置，6.扫描模块，7.数据处理模块，8.数据接口模块，9.铁路边坡，10.计算机。
具体实施方式
图I中，当车载移动装置接近被检测铁路边坡(9)时，启动激光扫描装置(3)，进行扫描模块起始参数设置，并查询其他模块的运行状态，开始检测时，利用定位装置(4)进行铁路边坡扫描起始点的标记，当车载移动装置沿着轨道向前移动时，激光扫描装置(3)中的扫描模块(6)将对铁路边坡进行扫描，获取点云数据，随即通过内置的数据处理模块·
(7)，将数据转化为三维空间坐标，通过数据接口模块(8)与计算机(10)在CAD中形成铁路边坡实时的三维空间模型，并与现有常用的CAE软件进行数据交换，从而进行铁路边坡状态的评估。在图2所示实施例中，铁路边坡车载扫描检测系统(I)由车载移动装置(2)，激光扫描装置(3)与定位装置(4)、供电装置(5)以及计算机(10)组成。扫描模块￠)，数据处理模块(7)，数据接口模块(8)都内置于激光扫描装置(3)中，激光扫描装置(3)、定位装置
(4)与计算机(10)通过数据线相连接，供电装置(5)给激光扫描装置(3)和定位装置(4)进行供电。
权利要求1.铁路边坡车载扫描检测系统，其特征在于激光扫描装置安装在车载移动装置上，激光扫描装置通过数据线与计算机相连接；定位装置同样安装在车载移动装置上，并通过数据线与计算机相连接；供电装置分别与激光扫描装置、定位装置相连接。
2.权利要求I中所述的铁路边坡车载扫描检测系统，其特征在于激光扫描装置能够在运动过程中对铁路边坡的状态进行扫描。
3.权利要求I中所述的铁路边坡车载扫描检测系统，其特征在于车载移动装置为能够在铁路限界内移动的车辆。
4.权利要求I中所述的铁路边坡车载扫描检测系统，其特征在于定位装置主要为基于GPS以及多普勒技术的相关装置。
专利摘要本实用新型提供一种铁路边坡车载扫描检测系统，它主要由激光扫描装置、车载移动装置、定位装置、供电装置以及计算机五部分组成。激光扫描装置与定位装置安装在车载移动装置上，并分别通过数据线与计算机相连接；供电装置分别与激光扫描装置、定位装置相连接。该检测系统中的激光扫描装置与车载装置，能够在快速运动条件下获取铁路边坡状态特征，定位装置能够对铁路边坡里程、长度、车载装置运行的位置进行实时记录。通过该检测系统，最终实现铁路各个边坡的快速定位、信息查找与状态评估。本实用新型的有益效果为不但能对铁路边坡的检测能到达到高效、不干扰行车、准确度高的要求，而且还能准确的对铁路边坡的稳定性状况进行科学的评价。
文档编号G01B11/24GK202793331SQ20112052541
公开日2013年3月13日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者张千里, 叶阳升, 史存林, 韩自力, 蔡德钩, 马伟斌, 朱忠林, 刘杰, 程爱君, 王立军, 付兵先, 闫宏业, 姚建平, 程远水, 陈 峰, 吴敏敏, 郭小雄 申请人:中国铁道科学研究院铁道建筑研究所