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随着城市轨道交通的快速发展,磁悬浮列车以其速度快、能耗低、准时率高等优点逐步应用于日常交通。为保证磁悬浮在高速行驶状态下的安全运营,监控磁悬浮轨道的滑行面、导向面和定子面,来判断障碍物是否侵入车辆安全限制对于磁悬浮列车的训练安全操作显得非常重要。但目前,针对磁悬浮轨道的障碍物检测技术尚未成熟,且传统的手动检测方法效率低。
随着传感器技术的日益成熟,激光扫描仪等新型多源传感器的集成为实现高精度障碍物探测提供了技术支持。激光扫描仪可以获得磁悬浮横截面的点云,并可用于构建磁悬浮轨道高精度三维模型。为实现磁悬浮轨道障碍物的精准探测,本文搭建了磁悬浮轨道移动测量系统。该系统是由三个激光扫描仪(两个SICKLms111和Z+F9012)、一个配有GNSS接收天线的惯性测量单元(IMU)、一个GPS时钟和路由器设计和组成。其中,Z+F9012和两个SICK分别安装在平台的顶部和两侧,用于采集点云,能够检测轨道的滑行面、导向面和定子面;IMU和GNSS天线组合为POS系统,提供位置和姿态;GPS时钟用于提供同步时间;路由器用于传感器控制;计算机用于数据存储和计算。
为了实现多传感器数据的一致性及数据链路的实时传输,需要实现多传感器的时空同步及多类型参数的统一配置。需要配置的多类型传感器包括GPS,SICKLms111和z+f9012。在完成多个传感器的同步集成之后,通过传感器的插件的内嵌开发及集中控制,实现传感器数据的实时采集。基于RS232通讯协议,RJ45及以太网传输接口,将Z+F9012、SICKLms111、GPS时钟连接到路由器。扫描仪的数据采集由路由器控制,将IMU的一个端口连接到和Z+F扫描仪实时通讯,而另一个端口连接到由工业计算机(IPC)实现中央控制并将原始数据记录到IPC。
为了获得局部坐标系中的三维连续点云,使用三个激光扫描仪采集、跟踪点云数据,NTP协议的GPS时钟和来自惯性测量的GPS时间、脉冲每秒(PPS)信号单元(IMU)分别用于SICKLms111和Z+F9012的时间同步,IMU和GNSS天线通过紧耦合差分处理技术实现高精度位姿测量。为实现多传感器空间基准的统一,将靶球作为公共观测目标,通过获得扫描圆形切片,在已知球体半径下,拟合中心坐标,完成扫描仪校准。利用计算得到的空间转换信息,经坐标变换对多传感器的采集数据进行精准地理参考,获得磁悬浮轨道局部坐标系中的三维连续点云。最后,通过分析扫描仪采集的重叠区域,检测公共特征点,验证了系统检定精度及观测精度。
基于多传感器的集成磁悬浮平台检测系统,利用采集的磁浮轨道无障碍基准高精度三维点云与实验中采集的磁浮轨道高精度三维点云对比,使用Globalmapper软件精准检测轨道障碍物,在磁悬浮运行范围内检测树木、人等其他障碍物的边界,确保列车运行安全。
随着传感器技术的日益成熟,激光扫描仪等新型多源传感器的集成为实现高精度障碍物探测提供了技术支持。激光扫描仪可以获得磁悬浮横截面的点云,并可用于构建磁悬浮轨道高精度三维模型。为实现磁悬浮轨道障碍物的精准探测,本文搭建了磁悬浮轨道移动测量系统。该系统是由三个激光扫描仪(两个SICKLms111和Z+F9012)、一个配有GNSS接收天线的惯性测量单元(IMU)、一个GPS时钟和路由器设计和组成。其中,Z+F9012和两个SICK分别安装在平台的顶部和两侧,用于采集点云,能够检测轨道的滑行面、导向面和定子面;IMU和GNSS天线组合为POS系统,提供位置和姿态;GPS时钟用于提供同步时间;路由器用于传感器控制;计算机用于数据存储和计算。
为了实现多传感器数据的一致性及数据链路的实时传输,需要实现多传感器的时空同步及多类型参数的统一配置。需要配置的多类型传感器包括GPS,SICKLms111和z+f9012。在完成多个传感器的同步集成之后,通过传感器的插件的内嵌开发及集中控制,实现传感器数据的实时采集。基于RS232通讯协议,RJ45及以太网传输接口,将Z+F9012、SICKLms111、GPS时钟连接到路由器。扫描仪的数据采集由路由器控制,将IMU的一个端口连接到和Z+F扫描仪实时通讯,而另一个端口连接到由工业计算机(IPC)实现中央控制并将原始数据记录到IPC。
为了获得局部坐标系中的三维连续点云,使用三个激光扫描仪采集、跟踪点云数据,NTP协议的GPS时钟和来自惯性测量的GPS时间、脉冲每秒(PPS)信号单元(IMU)分别用于SICKLms111和Z+F9012的时间同步,IMU和GNSS天线通过紧耦合差分处理技术实现高精度位姿测量。为实现多传感器空间基准的统一,将靶球作为公共观测目标,通过获得扫描圆形切片,在已知球体半径下,拟合中心坐标,完成扫描仪校准。利用计算得到的空间转换信息,经坐标变换对多传感器的采集数据进行精准地理参考,获得磁悬浮轨道局部坐标系中的三维连续点云。最后,通过分析扫描仪采集的重叠区域,检测公共特征点,验证了系统检定精度及观测精度。
基于多传感器的集成磁悬浮平台检测系统,利用采集的磁浮轨道无障碍基准高精度三维点云与实验中采集的磁浮轨道高精度三维点云对比,使用Globalmapper软件精准检测轨道障碍物,在磁悬浮运行范围内检测树木、人等其他障碍物的边界,确保列车运行安全。