本技術(shù)涉及過山車軌距測量，特別是涉及一種基于三維點云數(shù)據(jù)的過山車軌距測量方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著民眾生活水平的大幅度提高，全國各地建起了許多游樂園或主題樂園。其中，過山車由于其對感官的強烈刺激性吸引了大量游客，然而過山車在長時間的高速運行過程中，由于過山車及游客載荷會對軌道施加周期性的高載荷。會導致軌道出現(xiàn)疲勞損傷變形。過山車在安裝完成投入使用開始直到停用，一般情況軌道不會拆除或者更換。一旦過山車的軌道變形超過允許范圍或出現(xiàn)疲勞斷裂就會導致過山車脫軌事故的發(fā)生，造成嚴重的人員傷亡。為此對大型游樂設施過山車的軌道進行在役檢測極為必要。

2、當前在游樂設施檢驗檢測行業(yè)，過山車軌距的測量方法存在以下問題：目前測量手段測量的軌距是指兩軌邊緣內(nèi)側(cè)之間的距離，無法測量兩軌中心點之間的實際距離，隨著軌道磨損會影響測量結(jié)果；測量起始位置的定位點不固定，測量結(jié)果差異大；軌距測量只選擇人員能夠到達區(qū)域，夠不到的部分便無法測量；測量方式為手動。此類測量方法，準確性差、效率低、參考性和對比分析價值弱。

3、因此，如何改進以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提升大型游樂設施檢驗檢測效率是本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的是提供一種基于三維點云數(shù)據(jù)的過山車軌距測量方法及系統(tǒng)，可自動化、高效地實現(xiàn)對過山車軌道之間真實軌距的測量。

2、為實現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供了如下方案：

3、第一方面，本技術(shù)提供了一種基于三維點云數(shù)據(jù)的過山車軌距測量方法，包括以下步驟：

4、獲取目標過山車軌道所處空間的三維點云數(shù)據(jù)；初始三維點云數(shù)據(jù)中包括目標過山車軌道的三維點云數(shù)據(jù)和目標過山車軌道周圍環(huán)境的三維點云數(shù)據(jù)。

5、基于目標過山車軌道的外貌特征，從目標過山車軌道所處空間的三維點云數(shù)據(jù)中提取得到目標過山車軌道的三維點云數(shù)據(jù)。

6、基于軌道的截面特征，在目標過山車軌道的三維點云數(shù)據(jù)中提取得到目標過山車軌道兩條單邊軌道各自的中心軌跡點云數(shù)據(jù)。

7、針對任意一條單邊軌道的中心軌跡點云數(shù)據(jù)，采用最近鄰搜索算法在另一條單邊軌道的中心軌跡點云數(shù)據(jù)中進行匹配，得到若干個點云對。

8、針對每個點云對，計算得到點云對兩個點云之間的距離，以確定目標過山車軌道任意位置的軌距。

9、可選地，獲取目標過山車軌道所處空間的三維點云數(shù)據(jù)，具體包括：通過無人機負載激光雷達，利用高分辨率激光掃描設備采用可見光和/或激光打點的形式，獲取得到目標過山車軌道所處空間的三維點云數(shù)據(jù)。

10、可選地，基于目標過山車軌道的外貌特征，從目標過山車軌道所處空間的三維點云數(shù)據(jù)中提取得到目標過山車軌道的三維點云數(shù)據(jù)，具體包括：

11、基于目標過山車軌道的位置、顏色強度和法線方向，從目標過山車軌道所處空間的三維點云數(shù)據(jù)中分割得到目標過山車軌道的初始三維點云數(shù)據(jù)。

12、對目標過山車軌道的初始三維點云數(shù)據(jù)進行分割后優(yōu)化操作，得到目標過山車軌道的三維點云數(shù)據(jù)；分割后優(yōu)化操作包括去除噪聲點、填補空洞和平滑邊界。

13、可選地，基于軌道的截面特征，在目標過山車軌道的三維點云數(shù)據(jù)中提取得到目標過山車軌道兩條單邊軌道各自的中心軌跡點云數(shù)據(jù)，包括：

14、針對目標過山車軌道任一條單邊軌道的三維點云數(shù)據(jù)，將單邊軌道的三維點云數(shù)據(jù)沿前進方向進行切片，得到若干張單邊軌道的切片數(shù)據(jù)。

15、針對任一張切片數(shù)據(jù)，基于軌道的截面特征，在切片數(shù)據(jù)中查找截面為圓形的區(qū)域，作為軌道截面區(qū)域。

16、將單邊軌道的所有切片數(shù)據(jù)中的軌道截面區(qū)域的圓心連接，得到單邊軌道的中心軌跡點云數(shù)據(jù)。

17、可選地，針對任意一條單邊軌道的中心軌跡點云數(shù)據(jù)，采用最近鄰搜索算法在另一條單邊軌道的中心軌跡點云數(shù)據(jù)中進行匹配，得到若干個點云對，具體包括：

18、創(chuàng)建k-d樹結(jié)構(gòu)；k-d樹結(jié)構(gòu)的輸入為任意一條單邊軌道的中心軌跡點云數(shù)據(jù)。

19、針對單邊軌道的中心軌跡點云數(shù)據(jù)上任一點云，使用k-d樹結(jié)構(gòu)在另一條單邊軌道的中心軌跡點云數(shù)據(jù)中進行最近鄰搜索，將搜索到的點云和點云作為點云對存儲，得到若干個點云對。

20、可選地，針對任一點云對，根據(jù)下式計算得到點云對兩個點云之間的距離：

21、

22、其中，d為點云對兩個點云之間的距離，(x1,y1,z1)為點云對中一個點云的三維坐標，(x2,y2,z2)為點云對中另一個點云的三維坐標。

23、可選地，在針對每個點云對，計算得到點云對兩個點云之間的距離之后，還包括：

24、采用可視化展示模塊，將各點云對兩個點云之間的距離進行可視化展示。

25、可選地，在針對每個點云對，計算得到點云對兩個點云之間的距離之后，還包括：

26、根據(jù)各個點云對兩個點云之間的距離，確定最短距離值對應的點云對。

27、采用可視化展示模塊，將各點云對兩個點云之間的距離進行可視化展示，并凸顯最短距離值對應的點云對。

28、第二方面，本技術(shù)提供了一種基于三維點云數(shù)據(jù)的過山車軌距測量系統(tǒng)，包括以下模塊：

29、三維點云數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取目標過山車軌道所處空間的三維點云數(shù)據(jù)；初始三維點云數(shù)據(jù)中包括目標過山車軌道的三維點云數(shù)據(jù)和目標過山車軌道周圍環(huán)境的三維點云數(shù)據(jù)。

30、目標軌道點云提取模塊，用于基于目標過山車軌道的外貌特征，從目標過山車軌道所處空間的三維點云數(shù)據(jù)中提取得到目標過山車軌道的三維點云數(shù)據(jù)。

31、軌道中心點云提取模塊，用于基于軌道的截面特征，在目標過山車軌道的三維點云數(shù)據(jù)中提取得到目標過山車軌道兩條單邊軌道各自的中心軌跡點云數(shù)據(jù)。

32、點云最近鄰搜索模塊，用于針對任意一條單邊軌道的中心軌跡點云數(shù)據(jù)，采用最近鄰搜索算法在另一條單邊軌道的中心軌跡點云數(shù)據(jù)中進行匹配，得到若干個點云對。

33、點云對軌距確定單元，用于針對每個點云對，計算得到點云對兩個點云之間的距離，以確定目標過山車軌道任意位置的軌距。

34、可選地，還包括：可視化展示模塊。

35、可視化展示模塊，用于將各點云對兩個點云之間的距離進行可視化展示。

36、根據(jù)本技術(shù)提供的具體實施例，本技術(shù)公開了以下技術(shù)效果：

37、本技術(shù)提供了一種基于三維點云數(shù)據(jù)的過山車軌距測量方法及系統(tǒng)，方法包括：首先獲取目標過山車軌道所處空間的三維點云數(shù)據(jù)，從中提取得到目標過山車軌道的三維點云數(shù)據(jù)，隨后基于軌道的截面特征，在其中提取得到兩條單邊軌道各自的中心軌跡點云數(shù)據(jù)，針對任意一條單邊軌道的中心軌跡點云數(shù)據(jù)，采用最近鄰搜索算法在另一條單邊軌道的中心軌跡點云數(shù)據(jù)中進行匹配，得到若干個點云對，最后計算得到每個點云對中兩個點云之間的距離，即可以確定目標過山車軌道任意位置的軌距。本技術(shù)上述方案，獲取過山車軌道的三維點云數(shù)據(jù)，可自動生成三維點云模型，經(jīng)過設計的算法可自動測算軌距，整個過程包括數(shù)據(jù)采集及分析過程，每一步都可數(shù)字化實現(xiàn)，全程可自動完成，無需人工測量，無人為誤差，計算精準；且可實現(xiàn)兩軌中心點之間的距離測量，大幅提升了軌距數(shù)據(jù)的價值。