本發(fā)明涉及一種鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部激光雷達(dá)掃描密度的測量方法。
背景技術(shù)：
鋼，是對含碳量質(zhì)量百分比介于0.02%至2.11%之間的鐵碳合金的統(tǒng)稱。鋼的化學(xué)成分可以有很大變化，只含碳元素的鋼稱為碳素鋼（碳鋼）或普通鋼；在實際生產(chǎn)中，鋼往往根據(jù)用途的不同含有不同的合金元素，比如：錳、鎳、釩等等。人類對鋼的應(yīng)用和研究歷史相當(dāng)悠久，但是直到19世紀(jì)貝氏煉鋼法發(fā)明之前，鋼的制取都是一項高成本低效率的工作。如今，鋼以其低廉的價格、可靠的性能成為世界上使用最多的材料之一，是建筑業(yè)、制造業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡某煞??？梢哉f鋼是現(xiàn)代社會的物質(zhì)基礎(chǔ)。中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13304－91《鋼分類》描述：“以鐵為主要元素、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料?！逼渲械囊话闶侵赋t鋼外的其他鋼種，部分鉻鋼的含碳量允許大于2%。含碳量大于2%的鐵合金是鑄鐵。其他國際標(biāo)準(zhǔn)如ISO 4948或EN 10020中對鋼的定義也與此類似，美國鋼鐵學(xué)會是用三位數(shù)字來標(biāo)示各種標(biāo)準(zhǔn)級的可鍛不銹鋼的。其中：①奧氏體型不銹鋼用200和300系列的數(shù)字標(biāo)示，例如，某些較普通的奧氏體不銹鋼是以201、 304、 316以及310為標(biāo)記。
對于機載激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)來說，激光雷達(dá)按照一定的頻率發(fā)射激光脈沖，并接收來自地物的回波。激光雷達(dá)掃描裝置按照一定的掃描頻率改變激光脈沖的發(fā)射方向，掃描方向一般垂直于飛行平臺的運動方向。通過飛行平臺的運動和掃描裝置的掃描可以得到覆蓋了一定寬度的條帶狀激光雷達(dá)點云數(shù)據(jù)。飛行平臺的運動速度受大氣湍流、平臺穩(wěn)定性等因素影響，出現(xiàn)一定的波動和非均一性，導(dǎo)致激光掃描線之間的間隔出現(xiàn)變化。另外，不同的激光掃描模式將產(chǎn)生不同的激光回波點間隔，對于勻速的旋轉(zhuǎn)棱鏡掃描模式，隨著掃描角的增加，激光回波點之間間隔而變大；對于變速的震蕩鏡掃描模式，隨著掃描角的增加，激光回波點之間間隔呈現(xiàn)變小趨勢。激光掃描模式一般分為單向掃描和雙向掃描，單向掃描是指激光沿著單個掃描方向掃描，掃描線通常為平行線，雙向掃描是指激光沿著往返掃描方向掃描，掃描線可以為之字形、橢圓形等。通過激光掃描角的變化可以判別激光掃描模式，對于單向掃描模式來說，前后掃描線之間存在掃描角突變，即前一掃描線的結(jié)束點掃描角和后一掃描線的開始點掃描角之間存在突變，在掃描線內(nèi)前后掃描角表現(xiàn)為遞增或遞減規(guī)律；對于雙向掃描模式來說，前后掃描線的掃描角存在重疊現(xiàn)象，即前一掃描線的結(jié)束點掃描角等于后一掃描線的開始點掃描角，在掃描線內(nèi)前后掃描角表現(xiàn)為遞增與遞減交互變換規(guī)律。激光雷達(dá)點云數(shù)據(jù)中激光掃描角存儲為整型，單位為度，由于激光脈沖發(fā)射頻率較高，在激光掃描線上，1度掃描角范圍內(nèi)可能存在多個激光回波點，即多個激光回波點具有相同的掃描角整型值，因此，判斷激光掃描線時需要考慮掃描角取整產(chǎn)生的影響。
掃描線之間的距離采用掃描線中心點之間的距離，由于存在多個0度角激光回波點，將0度角激光回波點的中心點作為掃描線中心點。另外，為了減小激光損失點產(chǎn)生的影響，采用GPS時間判別規(guī)則計算0度角激光回波點的中心點。
為了評價激光掃描間隔的均一性，這里提出了一種激光雷達(dá)掃描均一指數(shù)，并給出了測量方法。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：（1）根據(jù)前后激光回波點的掃描角判斷激光掃描線，計算激光掃描線內(nèi)前后激光回波點之間的水平距離；（2）根據(jù)激光回波點的0度掃描角判斷激光掃描線中心點，計算激光掃描線之間的水平距離；（3）根據(jù)掃描線內(nèi)激光回波點之間的水平距離和掃描線之間的水平距離計算激光掃描均一指數(shù)，用于判別激光掃描的均一性。
為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部激光雷達(dá)掃描密度的測量方法，包括以下步驟：
（1）判斷末次回波：根據(jù)每個激光脈沖的回波個數(shù)NR和回波編號RN判斷末次回波，若NR等于RN，則表示該回波點為末次回波點；
（2）判斷掃描線：根據(jù)前后激光回波點掃描角計算掃描角差值dSA，以及掃描角差值的累計和sum(dSA)，根據(jù)dSA和sum(dSA)判斷掃描線是否結(jié)束，具體判別規(guī)則如下：若dSA=0，表示掃描線內(nèi)掃描角相同的激光回波點；若dSA>0并且sum(dSA)<0，表示掃描線內(nèi)掃描角的單調(diào)遞減方向改變，當(dāng)前掃描線結(jié)束，新掃描線開始，并將掃描角差值的累計和清零；若dSA<0并且sum(dSA)>0，表示掃描線內(nèi)掃描角的單調(diào)遞增方向改變，當(dāng)前掃描線結(jié)束，新掃描線開始，并將掃描角差值的累計和清零；
（3）計算掃描線內(nèi)激光回波點之間的水平距離及其統(tǒng)計量：根據(jù)前后激光回波點位置計算回波點之間的水平距離Da，并統(tǒng)計水平距離Da的平均值Mean(Da)和標(biāo)準(zhǔn)差StdDev(Da)： ；
（4）計算掃描線0度掃描角激光回波點的中心點：對于掃描線內(nèi)多個0度掃描角激光回波點，根據(jù)第1個回波點的GPS時間和最后一個回波點的GPS時間，計算GPS時間中值，依次計算每個回波點GPS時間與GPS時間中值之間差值的絕對值dT，將dT最小值對應(yīng)的回波點作為0度掃描角激光回波點的中心點；
（5）計算掃描線間的水平距離及其統(tǒng)計量：根據(jù)前后激光掃描線中心點位置計算掃描線間的水平距離Db，并統(tǒng)計水平距離Db的平均值Mean(Db)和標(biāo)準(zhǔn)差StdDev(Db)：；
（6）計算激光掃描均一指數(shù)：根據(jù)激光掃描線內(nèi)激光回波點之間水平距離Da的統(tǒng)計量計算掃描線內(nèi)激光掃描的均一性Ua：，根據(jù)激光掃描線間的水平距離Db的統(tǒng)計量計算掃描線間激光掃描的均一性Ub：，根據(jù)掃描線內(nèi)激光掃描的均一性和掃描線間激光掃描的均一性計算激光掃描的均一性U：。
基本原理：激光雷達(dá)航帶數(shù)據(jù)存儲為點云形式，點云數(shù)據(jù)包含了每個回波點的空間坐標(biāo)、掃描角等信息，僅使用末次回波點，首先根據(jù)前后兩個激光回波點掃描角之間的關(guān)系判斷掃描線，計算掃描線內(nèi)激光回波點之間的水平距離，并統(tǒng)計掃描線內(nèi)水平距離的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差；根據(jù)GPS時間判斷掃描線內(nèi)0度掃描角激光回波點的中心點，計算激光掃描線中心點之間的水平距離，并統(tǒng)計掃描線間水平距離的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差；根據(jù)掃描線內(nèi)和掃描線間的統(tǒng)計量計算激光掃描均一指數(shù)，用于判斷激光掃描的均一性。
本發(fā)明的有益效果為：通過該技術(shù)方案，能夠?qū)す饫走_(dá)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計算激光掃描線內(nèi)激光回波點之間的水平距離統(tǒng)計量及激光掃描線間的水平距離統(tǒng)計量，進(jìn)而計算激光掃描均一指數(shù)，用于評價激光掃描數(shù)據(jù)的均一性，激光掃描均一指數(shù)越接近于1，表示激光掃描數(shù)據(jù)越均一。
具體實施方式
一種鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部激光雷達(dá)掃描密度的測量方法，包括以下步驟：
（1）判斷末次回波：根據(jù)每個激光脈沖的回波個數(shù)NR和回波編號RN判斷末次回波，若NR等于RN，則表示該回波點為末次回波點；
（2）判斷掃描線：根據(jù)前后激光回波點掃描角計算掃描角差值dSA，以及掃描角差值的累計和sum(dSA)，根據(jù)dSA和sum(dSA)判斷掃描線是否結(jié)束，具體判別規(guī)則如下：若dSA=0，表示掃描線內(nèi)掃描角相同的激光回波點；若dSA>0并且sum(dSA)<0，表示掃描線內(nèi)掃描角的單調(diào)遞減方向改變，當(dāng)前掃描線結(jié)束，新掃描線開始，并將掃描角差值的累計和清零；若dSA<0并且sum(dSA)>0，表示掃描線內(nèi)掃描角的單調(diào)遞增方向改變，當(dāng)前掃描線結(jié)束，新掃描線開始，并將掃描角差值的累計和清零；
（3）計算掃描線內(nèi)激光回波點之間的水平距離及其統(tǒng)計量：根據(jù)前后激光回波點位置計算回波點之間的水平距離Da，并統(tǒng)計水平距離Da的平均值Mean(Da)和標(biāo)準(zhǔn)差StdDev(Da)：；
（4）計算掃描線0度掃描角激光回波點的中心點：對于掃描線內(nèi)多個0度掃描角激光回波點，根據(jù)第1個回波點的GPS時間和最后一個回波點的GPS時間，計算GPS時間中值，依次計算每個回波點GPS時間與GPS時間中值之間差值的絕對值dT，將dT最小值對應(yīng)的回波點作為0度掃描角激光回波點的中心點；
（5）計算掃描線間的水平距離及其統(tǒng)計量：根據(jù)前后激光掃描線中心點位置計算掃描線間的水平距離Db，并統(tǒng)計水平距離Db的平均值Mean(Db)和標(biāo)準(zhǔn)差StdDev(Db)：；
（6）計算激光掃描均一指數(shù)：根據(jù)激光掃描線內(nèi)激光回波點之間水平距離Da的統(tǒng)計量計算掃描線內(nèi)激光掃描的均一性Ua：，根據(jù)激光掃描線間的水平距離Db的統(tǒng)計量計算掃描線間激光掃描的均一性Ub：，根據(jù)掃描線內(nèi)激光掃描的均一性和掃描線間激光掃描的均一性計算激光掃描的均一性U：。
本發(fā)明的有益效果為：通過該技術(shù)方案，能夠?qū)す饫走_(dá)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計算激光掃描線內(nèi)激光回波點之間的水平距離統(tǒng)計量及激光掃描線間的水平距離統(tǒng)計量，進(jìn)而計算激光掃描均一指數(shù)，用于評價激光掃描數(shù)據(jù)的均一性，激光掃描均一指數(shù)越接近于1，表示激光掃描數(shù)據(jù)越均一。
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。