基于车载激光LiDAR点云数据高效自动化提取电气化铁路既有线轨道及轨道中心线接触网铁路横断面地表三维模型DEM适用于地铁轨道交通数字孪生三维建模改扩建BIM规划设计适用于无人机机载LiDAR倾斜摄影

实景三维LiDAR/倾斜摄影点云为铁路轨道交通建设提供生产力

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这段视频内容给大家介绍一下如何进行点云数据的成果提取

现在我们看到的这组数据是一段电气化铁路

其中有轨道和周边的地形

有接触网杆以及接触网

首先看一下如何自动化高效率的提取轨道的信息

现在我们看到的这个位置是俯视图

这个位置是场景中顶端的这个位置的俯视

我们在这儿截取了其中的一段

截取呢比较容易

可以获得我们想要的对应位置的截面

截面将会在下面这个视图中显示

当然我们可以设定截面的宽度

当我们截取一个截面之后

这个截面显示出来了

我们同时可以看到顶部的这些接触网

以及我们看到这有四根轨道

这是其中的两根

这是另外两根

截面中可以看到轨道的截面

当然扫描的点云可能由于遮挡的关系或者视角的关系

有一部分轨道是没有完全扫描清楚的

像这个也不是很清晰

这个会不会影响数据提取

接下来我们看一下提取效果

数据扫描的质量是这样的

我们提取的结果最终会是什么状态

提取轨道是在俯视视角

通过自动化提取方式进行成果识别

这个识别也可以认为是一种类似于像机器学习

或者是半自动化

所谓半自动化是需要人工指定想提取的位置的起点

指定提取搜索的这个方向

点击鼠标之后程序现在已经正在运行去运算这个提取的过程

提取运算完成以后一条线已经生成出来了

这条线现在在什么位置呢

我们可以看到这个轨道的截面轨顶中心的位置

接下来提取另外一根

这个提取的过程从操作上来讲是非常简单的

现在我们看到这两根轨道啊都已经完成了

可以看到另外的一根铁轨上

轨道的轨顶线所在的位置

是这样的一个截面位置

那从这个视图上来看

我们可以点击任意的一条线

这条线已经完成了整个单根轨道的提取

回到初始界面将另外的两个轨道啊也提取出来

这个提取效率我们可以去对比常规的基于手工绘制的

或者和其他的一些提取方法去比对效率和准确性上的差异

这样我们可以看得出来当前数据提取的效果如何

以及从效率上到底是有怎么样的差别

看一下这条现在提取所生成的这些轨道的线条

都是三维矢量

也就是说轨道在竖曲线方向不是完全平顺的

在行进方向也有上下的起伏

现在完成的这几条线都是有三维信息

我们看到的每一个节点都有对应的各自的高程值

所以这是一条三维曲线

当然平曲线上我们很很容易就能看得出来

它是沿着轨道的曲线生成的

也就是说完全是符合我们现在所看到的轨道的实际现状

那除了这个轨道的轨顶线以外啊

很多情况下我们可能还比较关注轨道的中心线

中心线可以通过模拟的方式提取

当然这个模拟不是没有依据的

而是根据已经提取的这两条轨道的实际的线条

进行拟合生成的

生成过程也比较简单

我们选择那其中的一条轨道

选择另外一条轨道

接下来进行一次运算

一条中线就生成了

当然刚才没有切换到这个位置

在这儿可以看到这条轨道的中线所在的这个位置

如果我们在视图中做这样一个连线的话

也就是说基于轨道的一条中心线到另一条中心线

基于这两个两个点去进行连线

就是这条线和他是在一个倾斜平面的

因为这边有超高啊

所以说这条线也是有一定的高度限定的

我们现在看一下

这两条线中间目前是没有线的

我们选中其中的一条线

选中另外一条线

那这条线中线也被提取生成出来了

这样就把轨道的轨顶线和轨道的中心线都提取生成出来了

在我们实际应用中

像电气化铁路场景顶端还有很多的接触网

触网到轨道线路所在位置的间距

是可以进行批量化或者是单独的位置提取的

在视频中找一个这样的位置

选中其中的一个方向的轨道的两条铁轨

然后在这个上面我们去指定对应的里程位置

当点击确认之后

软件会自动进行截面的截取

截面中会包含当前所在里程位置的点云数据

当然也包含了顶端接触网的信息

在这种情况下我们只需要通过软件的自动化运算

就可以将对应截面上的空间距离进行标注

当然这个里程是可以输入的

基于里程位置可以自动的去查询并标注我们想要得到的

从刚刚我们所说的平面位置到顶部的接触网之间的标注

现在我们看到的是其中的一条线

如果说我们标注是一整条轨道线的话

效率上的优势就非常明显了

相对于我们要靠人工一串的标过去

和我们现在通过这种方式来进行标记

这个是有很大的差异的

当然我们也可以去标注在我们选定的这个轨道所在位置

及其上面的这些接触网最低点

这里面我们可以自动的去找到接触网到轨道之间的最大和最小空间距离

所以说我们进行计算的时候可以通过自动化的运算

运算在完成以后就可以非常快速地将整个的这一段所对应位置信息

进行自动化的查询和标记

我们可以看到这个位置

是整个这一段里边空间距离最小的

也就是说我们可以非常快速的去分析

在整个选定的一段里到底哪个位置的轨顶面

或者是说我们轨道的平面和上空接触网之间

是存在最小净空距离的

并且通过自动化分析以后这个位置是被标注出来

所以最终可以得到一个从轨道的平面到我们想要的上空

接触网之间的任意标注的位置

以及最小的净空范围

对于接触网通常情况下也是有提取的需求

接触网的提取也非常简便

可以基于任意位置的接触网

选择起点或者是某一个位置

在提取接触网的时候为了让大家看的更加明显

可以将现场通过扫描设备所采集的影像叠加进来

看一下叠加之后的效果

有了影像之后对现场的情况看起来会更加直观

当前这些接触网的点云线

可以基于这些线条去进行直接的自动化识别

识别的过程也比较简单

点击其中的一条线

指定对应的方向

接下来只需要我们稍作等待

当然我们现在看到的长度是提取了130多米的接触网的线条

让我们提取另一根

刚刚我们提取的这两根都是在影像以外

为了看得非常清楚

接下来提取的时候

可以将影像的位置稍作放大

对于提取得到的接触网的线条是依据我们现在接触网的点云数据

依据它的走向形态

现在可以看到有240多米

在这个位置为了更加明显去看到

基于当前位置沿着这个方向去进行提取的运算

刚刚这个接触网

其实我应该是提这一条

当然这个在最终进行编辑的时候

也是非常容易完成和实现的

比如说这个位置我不想要这个节点

这些节点的位置是可以被快速的去删除的

在这个节点的位置

经过编辑以后对应的这个接触网的信息

就自动化提取出来了

从效率上来讲要远远比手工方式绘制线条要高得多

除了对接触网提取以外

还可以对轨道的整个地表形态进行快速提取

比如说横断面的提取

当我们任意选定其中的一个轨道线

如选择靠外侧的这一根

在选定之后可以通过自动化的运算来完成横断面的自动提取

这些横断面即便是轨道的上空有一些可能存在的障碍物

也不会影响到地表形态的自动化提取

基于这种方式提取所得到的有线条有对应的点位

这些信息可以帮助我们去建立轨道位置的地表模型

当我们将所有的这些地表的高层点进行选中

可以通过建模命令来完成地表模型的建立

现在我们看到这个三角网是已经建立生成出来的

当然这些边角的位置

如果想要进行修剪是可以非常快速完成的

比如说现在这个位置是我们不想要的

是可以被修剪掉的

可以在这个三维视图中查看一下整体成果提取的状况

先把点云数据关闭掉

这是我们刚才通过简单一系列操作所得到的基本数据内容

这样大家比较关注的铁路的相关的三维矢量的特征信息

轨道、轨道中心线、接触网以及一些净空的分析标注、地表三维模型

就已经提取生成出来了