铁路作为国家重要的基础设施,在推动我国经济社会发展中发挥着重要作用。随着铁路运营里程的日益增加,列车运行的安全舒适性也越来越被重视,这对既有线今后的日常状态检测和养护技术提出了更高的要求。铁路线路具有养护、运营同步的特点,只有全方位、立体化、精度好和效率高的测绘手段才能满足既有铁路三维化、系统化的养护维修要求。而三维激光扫描技术具有信息获取全面、测量精度高及采集高效等诸多优点,为其应用于既有线勘测领域提供了良好的基础,符合既有铁路检测技术的发展需求。目前国内外专家已经开展了这方面的研究,但整体受制于点云采集方法、数据后处理算法等方面的不足,相关的应用研究还不够深入。本文将地面三维激光扫描应用于既有线勘测领域,研究既有铁路点云数据的智能化处理方法,实现铁路工程中的点、线、面等特征信息的提取,主要完成了以下四个方面的工作:(1)根据既有铁路测量精度的要求,对Z+F IMAGER 5010C地面三维激光扫描仪在不同扫描分辨率下的测距精度进行了初步研究。然后通过铁路现场实地测量试验为三维激光扫描系统在既有线勘测中的数据采集方案提供参考作业模式,即选用沿线路中心的“一”字形(或沿路肩两侧交替的“之”字形)的测站设置方法,采用球形标靶,在super high分辨率模式下按照不大于25m站间距的方式进行现场扫描作业,获取高质量的点云数据模型。(2)采用敦格铁路的实测点云数据,结合既有铁路空间分布特征,研究轨顶面点的提取算法。该算法首先通过PCA和移动激光点聚类相结合的方式提取出轨道上方接触线,以进行铁路缓冲区的分割。然后在缓冲区范围内,引入钢轨高程、反射强度、轨道结构相应尺寸等多种约束条件来实现轨顶点的点云数据提取。(3)以提取的左、右轨道的轨顶面点的连续变化点云数据为基础,按照等间隔采样方法,结合轨道特征量(曲率、超高、正矢、斜率等)变化的规律性特征,采用正交最小二乘模型进行拟合,经数次迭代后,分别获取左、右轨道的平面直线和圆曲线的参数。根据左、右轨道与线路中线间的线形几何对应关系,得到线路中线的实际平面线形参数,进而实现线路主点位置信息的提取。(4)研究基于特定断面点云数据的铁路限界检测方法,将限界检测问题转化为判断平面上点与多边形的位置关系。构建了以钢轨顶面为基础的铁路限界检测模型,采用改进射线算法完成了限界的自动检测,并利用某段隧道线路的实测点云数据进行了相应的验证分析。