基于点云的接触悬挂过渡区段自动数字重构研究

Impact Factor:1.4

DOI number:10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20250817

Affiliation of Author(s):西南交通大学

Journal:铁道科学与工程学报

Place of Publication:湖南省长沙市

Funded by:国家自然科学基金资助项目 (52472421)

Key Words:接触悬挂；过渡区段；点云；区域生长；DBSCAN；数字孪生

Abstract:为解决接触悬挂过渡区段点云结构复杂度高、零部件种类繁多和零部件的锚段归属辨识困难问题，以柔性接触网绝缘锚段关节和电分相两种典型过渡形式作为对象，研究从接触悬挂三维点云到接触悬挂三维数字模型的系统方案，提出一种“分割-聚类-重建”的点云处理方法。首先通过降采样和去噪步骤减少点云不利特征，提升计算效率和计算精度；其次结合区域生长算法和主成分分析法，实现点云数据的二类整体分割。再基于随机抽样一致性(RANSAC)算法和改进DBSCAN聚类算法的混合模型，分别结合接触悬挂锚段关节和电分相的结构特征设计对应算法，克服接触悬挂局部点云严重缺失及密度差异大的问题，完成点云数据的锚段归属聚类。最后解析每个锚段的关键点三维信息和种类信息，重新构建接触悬挂高精度数字模型。以宜川铁路接触悬挂点云为例，使用上述方案构建了锚段关节和电分相部分数字模型，并与人工提取结果对比，计算结果表明：该方法在减少94%计算数据的基础上充分保留了有效信息，且点云分割的准确率高于95%、点云聚类的准确率高于99%；该方法能够实现基于接触悬挂过渡区段实际参数构建数字模型，接触线高度最大误差约6.67mm，平均误差约3.50mm。该研究成果提出了接触网过渡区段空间识别的有效方案，能够基于真实接触悬挂数据自动化构建数字模型，为接触网系统数字孪生提供了数据和技术支撑，为接触网力学性能评估和寿命预测提供了基础。

Co-author:赵维,Jinfa Guan,董力萍,chenjunqing,wujiqin

First Author:赵维

Indexed by:EI

Correspondence Author:Jinfa Guan

Discipline:Engineering

First-Level Discipline:Transportation Engineering

ISSN No.:1672-7029

Translation or Not:no

CN No.:43-1423/U

Date of Publication:2025-07-08