[发明专利]一种道床劣化状态的快速无损检测方法

权利要求书

1.一种道床劣化状态的快速无损检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对设定轨道长度间隔的检测点的道砟颗粒进行扫描，获得道砟颗粒点云数据，每个检测点扫描的道砟颗粒的数量为10-30个；

步骤2、计算每个道砟颗粒对应的道砟颗粒点云所围区域内体积最大的内接椭球，输出内接椭球的体积以及道砟颗粒的体积；

步骤3、根据道砟颗粒的体积以及对应的内接椭球的体积计算检测点的每个道砟颗粒的真椭球度E_3D；

步骤4、根据检测点的所有道砟颗粒的真椭球度，计算检测点处道床的劣化指数D_b。

2.根据权利要求1所述一种道床劣化状态的快速无损检测方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：

步骤2.1、使用道砟颗粒点云数据重建道砟颗粒表面并计算道砟颗粒体积；

步骤2.2、椭球的参数方程包含三个参数，分别为三维实矩阵P、三维向量q和实数r，定义外部点为不在椭球的参数方程确定的椭球集合内的点，定义内部点为在椭球的参数方程确定的椭球集合内的点，确定初始内部点；

步骤2.3、椭球的参数方程、椭球不包含任何外部点以及三维实矩阵P为正定矩阵共同构成半定规划方程；

导入的道砟颗粒点云数据被作为外部点，与步骤2.3中输入的初始内部点共同代入半定规划方程并寻找方程的解，若解出了三个参数，则进入步骤2.4，若无解则返回步骤2.2重新寻找初始内部点；

步骤2.4、在道砟颗粒点云所围的区域内随机生成一个新的内部点；

步骤2.5、检查迭代次数是否小于总迭代次数，如果迭代次数小于等于总迭代次数，则进入步骤2.6，如果迭代次数大于或等于总迭代次数，则进入步骤2.10；

步骤2.6、使用步骤2.4更新后的内部点以及颗粒点云数据，再次计算半定规划方程，若解出三个椭球的参数，则获得新的内部椭球并进入步骤2.7；若无解，则进入步骤2.8；

步骤2.7、若新的内部椭球的体积不大于上一次生成的内部椭球的体积，则进入步骤2.8；否则，则进入步骤2.9；

步骤2.8、累积无效迭代次数增加1，若累积无效迭代次数小于6，则返回步骤2.4，若累积无效迭代次数等于6，删除最后生成的内部点，并赋值累积无效迭代次数为0，返回步骤2.4；

步骤2.9、更新内部椭球的体积并返回步骤2.4；

步骤2.10、输出最后获得的内部椭球作为内接椭球，并输出最后获得的内接椭球的体积以及道砟颗粒的体积。

3.根据权利要求2所述一种道床劣化状态的快速无损检测方法，其特征在于，所述步骤2.2中的初始内部点的选取包括以下步骤：

选择道砟颗粒点云内的初始椭球，并找到初始椭球三个轴的六个端点的坐标作为六个初始内部点。

4.根据权利要求3所述一种道床劣化状态的快速无损检测方法，其特征在于，所述步骤2.3中若无解则返回步骤2.2重新寻找初始椭球体积更小的初始内部点。

5.根据权利要求1所述一种道床劣化状态的快速无损检测方法，其特征在于，所述设定轨道长度为500m-1.5km。

6.根据权利要求1所述一种道床劣化状态的快速无损检测方法，其特征在于，所述步骤3中，计算道砟颗粒的真椭球度E_3D基于以下公式：

其中，V_E为道砟颗粒的内接椭球的体积，V_P为道砟颗粒的体积。

7.根据权利要求6所述一种道床劣化状态的快速无损检测方法，其特征在于，所述步骤4中，计算检测点处道床的劣化指数D_b基于以下公式：

其中，E_3Di表示第i个道砟颗粒的真椭球度，n为单个检测点处被扫描的道砟颗粒数量。