[0001] 本实用新型属于轨道交通限界检测领域，具体涉及一种基于BIM(建筑信息模型；英文Building Information Modeling的缩写)的轨道交通隧道限界校核系统。

[0002] 现有技术中，轨道交通的地下工作环境往往比较恶劣，车辆的振动、建筑固件的松动、热胀冷缩都会导致建构筑物变形、设备、管线松动及脱落，限界必须进行经常性测试，以便发现安全隐患，及时整修。当有物体侵入设备限界时，地铁车辆将不能正常运行，严重时将造成运营事故。

[0003] 目前，在设备限界检测中，用到的方法主要为静态检测法。包括断面检测法及激光雷达检测法。断面检测法的局限性在于检测过程中要求检测车的运行速度很低，无法检测出高速运行状态下的列车振动偏移量的影响。当发生超限情况时，需要立即停车倒车并反复多次，人工标记超限量，浪费了过多的人力资源和物质资源。激光雷达检测法缺点在于首先，激光雷达本身存在系统误差在15mm左右，无法达到精确测量的要求；其次，激光雷达激光扫描光束存在扫描角度间隔，容易造成漏检。最后激光雷达采用的是多脉冲回波测距原理，扫描频率一般在50HZ左右，并不适宜高速、实时检测需求。由于限界变化具有突发性的特点且目前针对目前各种限界检测校核中还缺少高效维护手段，因此，研发一种实时、高速、高精度的限界校核方法，将有助于节省人工、减少开支、提高效率，为城市轨道交通安全维护提供依据，提高地铁运行安全性。实用新型内容

[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种基于BIM的轨道交通隧道限界校核系统，该系统主要通过使用第一建模单元对限界的实时测量、使用第二建模单元标准限界模型的重构，并通过限界侵限判定来实现限界的校核的目的。

[0005] 为实现上述目的，按照本实用新型提供进一步地，所述系统包括第一建模单元、第二建模单元以及分别与二者连接的侵限判定单元；其中，

[0006] 第一建模单元包括第一图像采集模块和第一数据处理模块，所述第一图像采集模块的取像视野为隧道第一目标限界区域；所述第二建模单元包括第二图像采集单元和第二数据处理模块，所述第二图像采集的图像采集区域为所述第一目标限界区域的标准限界区域，所述侵限判定单元包括第三数据处理模块和第四数据处理模块；所述第三数据处理模块一端与所述第四数据处理模块连接，另一端分别与所述第一数据处理模块、第二数据处理模块连接。

[0007] 进一步地，所述第一图像采集模块包括至少一线光源发生器和面阵相机，其中所述面阵相机一端与至少一所述线光源发生器连接，另一端与所述第三数据处理模块连接。

[0008] 进一步地，还包括位置显示模块，所述位置显示模块与所述第四数据处理模块连接。

[0009] 进一步地，所述光源发生器为激光发生器，所述面阵相机为面阵CCD相机。

[0010] 进一步地，所述光源发生器和所述面阵相机连接为一体机。

[0011] 进一步地，所述第一图像采集模块设置于巡检轨道车辆、巡检机器人或者巡检无人机上。

[0012] 总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

[0013] 本实用新型通过第二建模单元使用BIM技术建立标准限界模型，使得限界的信号具体化、参数化；通过第一建模单元使用三角测距技术检测限界使得现场限界信号能够实时准确获取；再将检测得到的限界信号与BIM模型中建立的标准限界模型进行比较计算，并与安全阈值值相比较，实现了限界信号的实时校核，能够及时准确的判断侵限位置，杜绝因侵限造成的安全事故，保证车辆运行的安全性，具有良好的使用效果和经济效益。

[0018] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0019] 需要说明的是，本实用新型涉及的函数方程中符号“·”为运算符号表示前后两个常量或者向量的相乘，“/”为运算符号表示前后两个常量或者向量的相除，本实用新型中所有函数方程遵循数学的加减乘除运算法则。

[0020] 需要说明的是，本实用新型涉及的术语“第一\第二”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里描述或图示的那些以外的顺序实施。

[0021] 根据本实用新型一种具体地实施方式，如图3所示，提供一种基于BIM的轨道交通隧道限界校核系统，系统包括：第一建模单元1、第二建模单元2以及分别与二者连接的侵限判定单元3；其中，第一建模单元1包括第一图像采集模块11和第一数据处理模块12，第一图像采集模块11的取像视野为隧道第一目标限界区域；第二建模单元2包括第二图像采集单元21和第二数据处理模块22，第二图像采集单元21采集图像区域为第一目标限界区域的标准限界区域，侵限判定单元3包括第三数据处理模块31和第四数据处理模块32；第三数据处理模块31一端与第四数据处理模块32连接，另一端分别与第一数据处理模块12、第二数据处理模块22连接。

[0022] 本实施例中，第一建模单元1用于获取隧道中至少一目标限界区域的二维图像，根据三角测距技术检测出当前目标限界区域的实际距离，获取检测限界模型信号；第二建模单元2用于提取与目标限界区域对应的标准限界区域，根据BIM技术获取标准限界模型信号；侵限判定单元3用于分别在检测限界模型与标准限界模型信号中提取同一方向上的检测限界与标准限界数据，换算检测限界与标准限界在同一坐标系的间距，由此判定隧道内该方向位置上是否存在侵限；

[0023] 其中，目标限界区域为根据隧道内实时的车辆限界、设备限界或建筑限界而形成的区域；标准限界区域为根据隧道BIM模型中相应车辆限界、设备限界或建筑限界的外廓设计信号而形成的区域。

[0024] 本实施例中，第一建模单元1包括第一图像采集模块11和第一数据处理模块12，第一图像采集模块11包括至少一线光源发生器111和面阵相机112，其中面阵相机112一端与至少一线光源发生器111连接，另一端与第三数据处理模块31连接。其中，线光源发生器111用于投射至轨道交通隧道的目标限界区域；面阵相机12用于捕获线光源的经过目标限界区域的反射光，形成二维图像信号；第一数据处理模块12用于获取二维图像信号，并根据二维图像坐标系与轨道交通隧道空间坐标系的成像关系计算目标限界区域的实际空间距离，根据实际空间距离输出检测限界模型信号。

[0025] 作为一种优选地实施方式，线光源发生器111为激光光源发生器，面阵相机112为面阵CCD相机；优选地，该线光源发生器111与面阵相机12为一体机，第一数据处理模块12为工控机；更优选地，激光光源发生器与面阵相机12可设置于可在轨道上运行的巡检轨道车辆、巡检机器人、巡检无人机上等不限于此。更具体地，面阵相机12拍摄激光光源照射的在轨道线路设备、管线或建筑上，然后利用千兆以太网网线将图像信号传输至工控机，工控机利用图像滤波去噪和图像识别提取特征等方法提取图像上目标限界区域，根据目标限界区域测量拍摄线路对应区域面阵相机12的水平距离和垂直距离，得到实时的限界信号，从而获取目标限界模型信号。工控机可以设置于检测车辆、车站、地面控制中心或者云端服务器。

[0026] 具体地，第一建模单元1使用的如图1所示的三角测距的检测原理：其中假设B为待测点，其距离为Y，f为面阵相机12中成像系统的焦距，l为线光源发生器11到面阵相机12镜头的垂直距离，即基线长度，L为某一参考点P到面阵相机12镜头的已知水平距离，在该距离处成像正好位于面阵相机12的光轴。根据面阵相机12坐标系与轨道交通隧道空间坐标系的成像关系计算目标限界区域的实际空间距离。更具体地，在图1中，经B点作垂直于FP延长线的辅助线，则直角△B1P1F与直角△BP2F构成相似三角形，则B1P1/P1F＝P2B/P2F，P2B＝P2F·B1P1/P1F，又直角△OFP与直角△P2PB构成相似三角形，则PF/OP＝BP/P2B，BP＝P2B·PF/OP，将OF＝l，OP＝L，FP1＝f，B1P1＝X代入，获得BP＝X·(L2+l2)/(f·l)，则Y＝L+X·2 2
(L+l)/(f·l)。因此只要已知X距离，就能根据三角测距的原理测出Y；同理，只要已知Y距离，就能根据三角测距的原理测出X。由此得到实时监测的检测限界的二维信号，便于校核使用。

[0027] 本实施例中，第二建模单元2包括第二图像采集单元21和第二数据处理模块22，第二图像采集单元21用于输入测量得到的相关线路参数及定位得到标准限界信号，第二数据处理模块22用于进行标准限界模型信号的输出。具体地，第二数据处理模块22包括BIM子模块。第二图像采集单元21输入相应设计图纸图像信号，删除图像上无关的内容，将图像信号传输至BIM子模块，BIM子模块根据隧道平面图、纵断面图，建立轨道中心线作为隧道、区间管线、设备等元素扫掠或阵列的路径；将建筑限界线沿路径曲线(轨道中心线)扫掠，输出标准限界模型信号。

[0028] 具体地，BIM的英文全称是Building Information Modeling，即建筑信息模型化(BIM)，是一个完备的信息模型化的过程(英文MODELING是动名词；不是简单的名词“模型”)，能够将工程项目在全生命周期中各个不同阶段的工程信息、过程和资源集成在一个模型中，方便的被工程各参与方使用。

[0029] 本实施例中，侵限判定单元3包括第三数据处理模块31和第四数据处理模块32；其中，第三数据处理模块31一端与第四数据处理模块32连接，另一端分别与第一数据处理模块12、第二数据处理模块22连接。第三数据处理模块31，如图2所示，用于分别在检测限界模型与标准限界模型信号中提取同一位置点作为原点，建立同一X、Y轴方向取向的第一、第二坐标系；经原点沿同一方向作参考线，参考线与第一坐标系中目标限界区域交于A(X1，Y1)点，与第二坐标系中标准限界区域交于B(X2，Y2)点；第四数据处理模块32用于计算A点和B点在同一坐标系的间距： 当AB的数值大于等于预设的安全阈值，则判定隧道内该方向上不存在侵限，当AB的数值小于预设的安全阈值，则判定隧道内该方向上存在侵限，发出警告信号。

[0030] 作为一种优选地实施方式，侵限判定单元3还包括位置显示模块33，位置显示模块33与第四数据处理模块32连接，用于接收警告信号显示出侵限的位置；具体地，侵限判定单元3包括显示界面，可显示第四数据处理模块32输出的数据。

[0031] 根据本实用新型另一种具体地实施方式，提供一种基于BIM的轨道交通隧道限界校核方法，包括以下步骤：

[0032] S1：获取隧道中至少一目标限界区域的二维图像，根据三角测距技术检测出当前目标限界区域的实际距离，获取检测限界模型；

[0033] S2：提取与目标限界区域对应的标准限界区域，根据BIM技术建立标准限界模型；

[0034] S3：分别在检测限界模型与标准限界模型中提取同一方向上的检测限界与标准限界，换算检测限界与标准限界在同一坐标系的间距，由此判定隧道内该方向上是否存在侵限；

[0035] 本实施例中，目标限界区域为根据隧道内实时的车辆限界、设备限界或建筑限界而形成的区域；标准限界区域为根据隧道BIM模型中相应车辆限界、设备限界或建筑限界的外廓设计信号而形成的区域。

[0036] 本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储硬件介质中。

[0037] 此外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中，上述集成的模块采用硬件的形式实现。

[0038] 上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

[0039] 尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。