铁路申请的碰撞量回避计算

To detect potential collision, 3D laser scanning is considered the best-in-class approach as it delivers a complete and accurate 3D representation of the entire tunnel. After scanning and preparing data, the first step will be to extract the rails from the scan data. There are several ways to do it, from manual operations to automated workflows assisted by software.

铁轨的提取精度至关重要，并且在很大程度上依赖于点云的准确性和密度，该云由所选的3D laser scanner。自动化需要数据密度和一致性，因此，嘈杂或低密度点云将使自动化过程不可能。在此数据样本中，Leica Pegasus：两个终极was used because a main advantage of this mobile mapping system is that it provides both accuracy and density throughout the entire tunnel as it moves and captures data.

这种分析的另一个重要因素是铁路运营商希望在隧道中允许未来交通的运输尺寸。运输尺寸的数据通常作为横截面传递

基于这些输入数据（点云，铁轨和马车部分），目的是确定火车穿过隧道时是否有任何材料碰撞。

标准方法
标准方法包括沿轨道挤出截面。此过程在任何CAD软件中都非常熟悉。它包括定期沿轨道移动截面（上图中的绿色），并将每个部分与前面的部分连接起来以获得挤出的表面。

只要铁轨是笔直的，这种方法就足以确定沿轨道移动所需的体积。

此方法本地可用狮子旋风3DR得益于“沿着路径的挤压”功能。

可以在环境的点云与托架的表面包膜之间的潜在碰撞可以自动鉴定在Cyclone 3DR中。该方法包括将点云分成两组：

• The points not colliding with the envelope are the ones far from the envelope

• The points colliding with the envelope are the ones inside or close to the envelope

Advanced approach
为了提供更相关的输出，适用于具有更复杂几何形状的铁路线，有必要考虑到轨道的半径，并使用该假设，根据该假设，沿着轨道时，托架在轨道上行驶时不会变形。这需要一种更高级的方法，包括在不同的千摩尔点沿着轨道移动马车。在给定的千距离点，所有车轮都需要适合轨道上，因此，这项复合物要求完全定义了马车的位置和方向。

下面在理论条件下评估了高级方法，并夸大了现实生活中的条件，因此可以更容易地看到差异。

The position of the carriage at a given kilometric point is shown in the image below. In this theoretic dataset, the following assumptions were made:

• 导轨的半径为100m

• 马车的长度为50m

• 车轮位于末端的5m处

在下图中，我们可以看到曲线内需要更多的空间，但由于车轮和托架肢之间的距离为5米，因此在曲线外部需要更多空间。

一旦在每个必需的千学点计算了马车的位置，下一步就是计算一个布尔操作，总结每个马车。

为了减少处理时间，在不同的千兆位置以2D进行布尔操作。布尔操作如下图所示，蓝线说明了在每个千距离点的马车位置，而绿线则总结了必要的隧道形状以容纳马车。使用JavaScript API可用的脚本功能在Cyclone 3DR内实现了这种高级方法。

两种方法之间的区别
As one can expect, the difference between the two approaches is null in the case of straight rails.

但是，轨道弯曲的越多，高级方法对于防止可能导致项目延迟甚至设备损坏的严重错误计算至关重要。对于上面的配置，差异如下图所示。蓝线对应于用简单方法计算的所需卷，其中绿色对应于用高级方法计算的所需卷。很明显，简单的挤出方法大大低估了所需的空间。

为了了解所需量的数量根据导轨曲率的估计值，测试了不同的配置，并且在下图中报告了曲线内两种方法之间的差异。该图显示，对于距车轮距离末端5m的50m托架，轨道半径为1000m，可以使简单的接近20厘米。即使对于较大的轨道半径为2500m，差异仍然大于5cm。

现实生活数据
上面讨论的理论运输和隧道提供了一个夸张的例子，以证明先进方法对分析的最终结果产生的巨大影响，但是，即使在适度的，现实生活中的情况下，这些影响也可以清楚地看到。

在一个活跃的项目地点比较了两种方法，该项目的局部半径为600米，在现实生活中考虑的托架为50米。使用Leica Pegasus：两个终极。将导轨直接以毫米精度直接在点云上提取。

下图显示了两种方法的结果之间的差异，并将每个结果与隧道的点云进行比较。

The points in red below were automatically detected as colliding with the surface envelope created with the advanced approach. This is where rework is necessary.

很明显，这里可以看到简单方法的结果表明，目标马车可以穿过该隧道。当使用更高级的方法时，托架清楚地与隧道墙碰撞，这意味着将需要额外的工作才能使托架穿过隧道。

Conclusion
There are valuable use cases for both the simple and advanced methods of carriage clearance calculations. In cases where rail lines are straight and regular, the simple approach will allow users to make decisions rapidly with minimum effort and time, however in scenarios where the rail lines or tunnel walls are less regular, the time spent in pursuing the advanced approach will ensure that a miscalculation does not delay a project, or worse, damage equipment or the tunnel walls.

由于专门针对3D点云和3D网格处理的多功能且完整的JavaScript API，Cyclone 3DR提供了一种为特定应用程序量身定制的高级分析的强大方法，使其在行业内独特。

尝试一下自己的数据
实现高级方法的脚本可作为Cyclone 3DR 2021.1.2中的最爱脚本获得。

吉尔斯·蒙尼尔（Gilles Monnier）
General Manager, Technodigit
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