具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例

图1为本实施例提供的一种轮轨接触几何参数测量方法流程示意图，参照图1，该方法包括如下步骤：

将轮轨点云数据进行处理，为轮对和轨道建立两个不同的坐标系，图2为本实施例的两种坐标系的结构示意图，参照图2，以轮对轴心中点为原点建立O_w-X_wY_wZ_w轮对坐标系，轮对坐标系随着轮对相对于轨道运动；以两侧轨面中心的中心点为原点建立O_r-X_rY_rZ_r随行坐标系，使轨底所在平面与随行坐标系O_r-X_rY_rZ_r中的X_rO_rY_r平面平行，其中，X_r为轨面水平延伸方向，Y_r在轨底所在平面上且与X_r垂直，Z_r垂直于轨底所在平面。X_w、Y_w、Z_w分别与X_r、Y_r、Z_r平行。其中，建立坐标系为正常情况下的坐标系，轮对坐标系和随行坐标系的各个坐标轴是两两平行的，仅Zr和Zw在Z轴方向上存在差值。在轮对姿态变化的任一位置，如果轮对偏离了正常位置，那么轮对坐标系相对Y_r和Z_r偏离ΔY_r和ΔZ_r，绕X轴旋转了ψ，绕Z轴旋转θ。

S1对轮轨点云进行平面基元和圆柱体基元检测。

S2在步骤S1的检测结果中提取轮缘内侧面所在基元，并根据轮缘内侧面所在基元的信息粗分割轮缘部分点云。

步骤S21：根据轮对内侧距以及轮缘内侧面相互平行的约束条件，本实施例中轮对内侧距为1353±2mm，在S1中的基元检测结果中提取双侧轮缘内侧面Ω₁作为为左侧轮对轮缘内侧面和Ω₂作为为右侧轮对轮缘内侧面；

步骤S22：根据标准轮缘厚度，计算出与平面Ω₁和Ω₂分别相距标准轮缘厚度的平面Ω₁′和Ω₂′的平面参数，本实施例中标准轮缘厚度为32±2mm，在轮轨点云数据正视图上对应，具体地，Ω₁′为在平面左侧且于平面Ω₁相距32mm的平面，Ω₂′为在平面右侧且于平面Ω₂相距32mm的平面；

步骤S23：根据和32将轮轨原点云中的轮缘部分进行粗分割，其中为轮轨点云中任意一点p到平面Ω_i的欧氏距离，为轮轨点云中任意一点p到平面Ω_i′的欧氏距离，i＝1，2。图3为粗分割结果示意图。

S3对粗分割后的轮缘部分点云进行圆环基元检测，提取轮缘部分以及轨底部分对应基元，得到对应基元参数。

具体包括如下步骤：

步骤S31：根据下述三个条件对轨底基元进行提取：1)要提取的模型基元类型为平面；2)提取平面的法向量与Z_r方向平行；3)提取平面的z坐标数值最小；

步骤S32：根据下述三个条件对轮缘部分的基元进行提取：1)提取的基元类型为圆环基元，包含八个参数，其中，为圆环轴方向，包含三个参数，Center为圆环轴中心，包含三个参数，radiuMax为圆环大半径，包含一个参数，radiuMin为圆环小半径，包含一个参数；2)车轮轮缘半径，具体为458±2mm；3)提取的圆环基元To的法向量与轮缘内侧面法向量平行，且满足 其中，θ为设定阈值，具体取θ＝2。

S4根据基元参数计算轮对中心点、轨底中心点，获取轮轴方向。

具体包括：

S41：根据沿轮轴方向，过轮缘所在圆环中心点的直线与两个轮缘内侧面交点的中点坐标计算轮对中心；

S42：根据轨道平面所在平面包围盒中心点的中点坐标计算轨底中心；

S43：轮缘内侧面所在平面基元的法向量为轮轴方向。

S5根据S4的计算结果测量轮对横移量、轮对侧滚角、轮对摇头角以及轮对沉浮量，并根据铁轨的结构先验信息定位点云中属于铁轨踏面的点。

图4为本实施例的轮轨接触几何参数测量方法所设计轮对横移量、轮对侧滚角、轮对摇头角以及轮对沉浮量各个变量位置示意图，参照图4，轮对横移量为Δy；轮对沉浮量为Δz；轮对侧滚角为ψ；轮对摇头角为θ。

S51：测量轮对横移量,为轮对中心与轨底中心点在Y_r方向上的间隔；

S52：测量轮对沉浮量,为轮对中心与轨底中心点在Z_r轴方向上间隔与初始位置Z_r轴横移量的差值；

S53：测量轮对侧滚角,为轮轴线相对于随行坐标系中O_r-X_rY_rZ_r中的X_rO_rY_r平面的夹角；

S54：测量轮对摇头角,为轮轴线的垂线相对于X_r轴的夹角。

根据铁轨的结构先验信息定位点云中属于铁轨踏面的点，所述结构先验信息根据铁道行业标准确定，具体为TB/T2341.3--9360kg/m钢轨型式标准。

S6对点云进行切片，并去除各点云片中属于铁轨踏面的点。

S61：采用核密度估计方法进行点云密度ρ的估计，切片厚度δ计算公式如下式(1)所示；

δ＝M·ρ (1)

其中，M为经验值，为4～8；

S62：点云切片的坐标系为：X轴沿着底部点云中心线方向，Y轴平行于组合点云上部点云中心线方向，Z轴垂直于点云底部面。点云切片方向选取Y轴方向；

S63：每个点云切片中的点集合向中心面投影，实现局部数据的降维处理。

S7基于RANSAC算法对去除踏面点后的点云点进行切片圆结构信息拟合，得到切片圆的圆心和半径。

S71：将各点云片中的点投影到点云片中心面，得到切片投影点集合，而后利用结构先验信息对点云切片中底部踏面的点进行去除，只保留轮的点云进行圆的参数拟合。

S72：在切片投影点集合中随机选取三个非共线点，作为可构成圆模型的三个点，计算圆模型的圆心和半径，以及计算投影点集合中除圆模型的三个点之外的其余点到圆模型圆心的距离D_i与圆模型半径R的差值绝对值abs(D_i-R)，将所述差值绝对值小于设定阈值，且满足设定阈值的点的个数达到设定比例的点时，得到的该圆模型作为切片圆，圆心O和半径R即为切片圆的圆心和半径。

为保证拟合得到合适的模型，要保证大部分点都是在拟合出来的圆上，所以设置差值阈值T₁，当abs(D_i-R)<T₁时，认为当前点为“局内点”，遍历完全后可得当前模型参数下“局内点”的总数，如果“局内点”的占总数的比例不小于阈值T₂，就可以认为找到了比较好的模型，记录下圆心O和半径R即可，图5为切片点云去除踏面点并进行圆信息拟合示意图。该差值阈值T₁一般可以设为圆模型半径R的千分之一左右，为获得较准确的模型比例阈值T₂不小于85％。

S8计算每个切片中铁轨踏面上的点到切片圆圆心的距离，其小于一定阈值的点的集合即为接触斑。

计算每个切片中的由结构先验信息确定的底部轨面中的点到切片圆心的距离D_i，设置一定阈值为R+T，T为弹性阈值，R为切片圆的半径，若D_i满足D_i≤R+T，则为提取得到的接触点，图6为切片中利用结构信息计算接触点示意图，所有接触点的集合即为接触斑，其中，弹性阈值T为半径R的0.001～0.005倍。

S9根据接触斑中点的坐标测量接触斑的长、短轴长。

接触斑中所有点的坐标在x轴方向的分量(即横坐标)的最大值为X_max，最小值为X_min，则接触斑长轴长度XLen的计算公式为XLen＝X_max-X_min。同理，通过接触斑中所有点的坐标在y轴方向的分量(即纵坐标)，可以得到短轴长度YLen，计算公式为YLen＝Y_max-Y_min。图7为轮轨接触斑测量场景示意图，根据接触斑中点的坐标测量接触斑的X、Y方向的长短轴长得到XLen、YLen，为接触斑长短轴长度。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。