基于激光扫描与雷达扫描结合的船舶测量方法及系统与流程

本发明涉及船舶测量，尤其涉及基于激光扫描与雷达扫描结合的船舶测量方法及系统。

背景技术：

1、在内河航运和海事监管领域，在航船舶的数量、尺寸、吨位、航向等流量数据的测量统计，为了解和掌握经济发展态势和各地水域的水上交通状况提供了重要途径。在航船舶测量的方式之一就是使用两台激光扫描仪组成的测量单元（以下简称双激光模式），安装于航道通航孔上方桥梁或岸侧，扫描通过的船舶，测量出船舶的各项数据。 此方式相对于其他测量方式有其优势的地方：相对视频识别技术，双激光模式不受光照条件影响；相对于雷达成像技术，双激光模式能扫描精确的船舶轮廓；相对于红外成像技术，双激光模式也是在测量精度方面占有优势。

2、尽管相对很多其他测量方式，双激光模式具有优势，但也存在一定的不足之处。在两道扫描幕帘首次扫描到船体上的坐标不一定是同一个点，导致坐标之间的距离(s)有一定的偏差，船速计算就会存在误差，最终船长（受船速影响），吨位（受船长影响）计算就会存在一定的误差。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了基于激光扫描与雷达扫描结合的船舶测量方法及系统。

2、本发明采用以下技术方案：基于激光扫描与雷达扫描结合的船舶测量方法，所述方法包括：

3、获取激光扫描每条船舶的准三维点云图，基于所述准三维点云图计算得到每条船舶的激光扫描数据，并生成激光扫描数据集；其中，所述激光扫描数据包括船舶宽度、船舶干舷高、激光幕帘第一次扫描到船头时间、激光幕帘最后一次扫描到船尾时间；

4、建立雷达扫描二维坐标系，确定船舶识别有效范围，获取雷达扫描船舶的每帧扫描图对应的扫描点数据；

5、基于预设的船舶识别算法对所述扫描点数据进行分析计算，得到每条船舶的雷达扫描数据，并生成雷达扫描数据集；其中，所述雷达扫描数据包括船舶航向、船舶航速及船舶坐标；

6、将所述激光扫描数据集内的所述激光扫描数据与所述雷达扫描数据集内的所述雷达扫描数据进行匹配，并根据匹配结果得到每条船舶的参数信息；其中，所述参数信息包括每条船舶的船舶长度、船舶吨位及船舶空重载状态。

7、本发明一实施例的基于激光扫描与雷达扫描结合的船舶测量方法，采用雷达扫描不受外界光照条件、气候条件影响，并且基于预设的船舶识别算法对扫描点数据进行分析计算，得到每条船舶的船舶航向及船舶航速，数据更加精确，再将雷达扫描数据与激光扫描数据进行匹配，最终得到的船舶长度、船舶吨位以及船舶空重载状态误差更小，精度更高；而且雷达扫描相对于激光扫描的设备成本更低，实用性更强。

8、进一步的，获取激光扫描每条船舶的准三维点云图，基于所述准三维点云图计算得到每条船舶的激光扫描数据，并生成激光扫描数据集的步骤具体包括：

9、基于激光扫描仪连续扫描通过激光幕帘的船舶，根据预设的扫描速度生成多张船舶切面轮廓图，其中，所述激光扫描仪设在通航孔的正上方，所述激光幕帘垂直于水面；

10、将所述船舶切面轮廓图进行匹配合并，得到每条船舶的准三维点云图；

11、基于所述准三维点云图上的坐标点，计算得到每条船舶的激光扫描数据，并根据多条船舶的所述激光扫描数据生成激光扫描数据集。

12、进一步的，建立雷达扫描二维坐标系，确定船舶识别有效范围，获取雷达扫描船舶的每帧扫描图对应的扫描点数据的步骤具体包括：

13、将雷达设在通航孔的正上方，以雷达正下方水面点为原点，雷达前方船舶航行方向为x轴，沿通航桥梁方向为y轴，建立雷达扫描二维坐标系；

14、在x轴上取一轴向距离，在y轴上取一轴向距离，以所述和所述作矩形，并以该矩形区域作为船舶识别有效范围；

15、获取雷达在所述船舶识别有效范围内扫描船舶的每帧扫描图对应的扫描点。

16、进一步的，基于预设的船舶识别算法对所述扫描点数据进行分析计算，得到每条船舶的雷达扫描数据，并生成雷达扫描数据集的步骤具体包括：

17、设每个扫描帧对应的所述扫描点数据包含个扫描点，定义第个扫描点为，每个所述扫描点包含在x轴方向的船速和在y轴方向的船速、方向、位置坐标；

18、定义帧集合，所述包含所述扫描点，所述的约束条件为：

19、（1）所述内的所述扫描点具有相同的方向；

20、（2）所述扫描点的与所述的平均速度之差的绝对值小于速度阈值；

21、（3）所述内的所述扫描点的最大坐标与最小坐标之差小于船长阈值；

22、（4）所述内的所述扫描点的最大坐标与最小坐标之差小于船宽阈值；

23、遍历，将对应的所述扫描点加入，若存在剩余的所述扫描点，则遍历剩余的所述扫描点，将对应的所述扫描点加入，以此类推，得到每帧扫描图对应的；其中，所述为单帧扫描图对应的第个帧集合；

24、设所述雷达以每秒两帧的速度扫描所述船舶识别有效范围；

25、定义船集合,所述包含所述帧集合，将满足以下条件的所述帧集合加入：

26、（1）所述帧集合与所述内的方向相同；

27、（2）设所述帧集合位置为，所述最新一帧所述帧集合的位置为，所述大于所述，且所述小于 ，且所述大于所述 ，且所述小于所述；其中，所述为所述帧集合的最大坐标，所述为所述内最新一帧所述帧集合的最小坐标，所述为所述帧集合的最小坐标，所述为所述内最新一帧所述帧集合的最大坐标，所述为所述帧集合的最大坐标，所述为所述内最新一帧所述帧集合的最小坐标，所述为所述帧集合的最小坐标，所述为所述内最新一帧所述帧集合的最大坐标；

28、（3）设所述帧集合的中心点坐标()到所述内最新一帧所述帧集合的中心点坐标（）的距离为,两帧时间间隔为,得到船速，所述小于速度阈值；

29、遍历，将对应的所述帧集合加入所述，若存在剩余的所述帧集合，则遍历剩余的所述帧集合，将对应的所述帧集合加入，以此类推，得到与每条船舶的雷达扫描数据对应的；其中，所述为第条船舶的雷达扫描数据；

30、令第条船舶的所述船舶航向为所述的方向，令第条船舶的所述船舶航速为所述中坐标最小的1/3所述帧集合的速度平均值，令第条船舶的所述船舶坐标为所述的中心点坐标；

31、将作为所述雷达扫描数据集。

32、进一步的，得到所述帧集合的中心点坐标()到所述的中心点坐标（）的距离的步骤具体包括：

33、所述帧集合的中心点坐标为：

34、 =；

35、所述帧集合的中心点坐标为：

36、 =；

37、所述的中心点坐标为：

38、 =；

39、所述的中心点坐标为：

40、 =；

41、得到所述 =。

42、进一步的，将作为所述雷达扫描数据集的步骤之前，还包括：

43、将第一个所述帧集合的中心点及最后一个所述帧集合的中心点距离小于所述船舶识别有效范围轴向距离的所述船集合作为噪点；

44、剔除被当作噪点的所述船集合，令剩余的所述船集合作为所述雷达扫描数据集。

45、进一步的，将所述激光扫描数据集内的所述激光扫描数据与所述雷达扫描数据集内的所述雷达扫描数据进行匹配，并根据匹配结果得到每条船舶的参数信息的步骤具体包括：

46、令所述激光扫描数据集包括，其中，所述为第条船舶的所述激光扫描数据；

47、遍历，设当前船舶为，取所述中心点坐标x坐标最小的 ，得到所述在x轴0点的时间，=的时间 -的x坐标 /的速度；

48、若所述在中存在一条船舶的之间，则将该条船舶对应的所述激光扫描数据定义为，且令所述和所述匹配为同一条艘船的所述激光扫描数据和所述雷达扫描数据；

49、若所述在中存在多条船舶的之间，则将该多条船舶在y轴上的坐标与所述在y轴上的坐标差值绝对值最小的船舶对应的所述激光扫描数据定义为，且令所述和所述匹配为同一条艘船的所述激光扫描数据和所述雷达扫描数据；

50、根据匹配结果得到每条船舶的参数信息，其中，所述参数信息还包括每条船舶的所述船舶航向、所述船舶航速及所述船舶宽度；

51、其中，第c条船舶的所述船舶航向和所述船舶航速为中的、，第c条船舶的所述船舶宽度及所述船舶干舷高为中的、；

52、第c条船舶的所述船舶长度为：

53、；

54、其中，所述为第c条船舶的被所述激光幕帘第一次扫描到船头时间，所述为第c条船舶的被所述激光幕帘最后一次扫描到船尾时间；

55、第c条船舶的所述船舶吨位为：

56、；

57、其中，r为船舶吨位系数；

58、第c条船舶的所述船舶空重载状态的判断步骤包括：

59、当所述船舶长度小于所述船长阈值，且所述船舶干舷高大于干舷阈值时，定义第c条船舶为空载；

60、当所述船舶长度小于所述船长阈值，且所述船舶干舷高小于等于所述干舷阈值时，定义第c条船舶为重载；

61、当所述船舶长度大于等于所述船长阈值时，计算船舶型深：

62、；

63、其中，均为船舶型深系数；

64、所述干舷阈值为：

65、；

66、其中，重载系数；

67、若所述船舶干舷高大于所述干舷阈值，定义第c条船舶为空载；

68、若所述船舶干舷高小于等于所述干舷阈值，定义第c条船舶为重载。

69、本发明还提出基于激光扫描与雷达扫描结合的船舶测量系统，所述系统包括：

70、第一获取模块，用于获取激光扫描每条船舶的准三维点云图，基于所述准三维点云图计算得到每条船舶的激光扫描数据，并生成激光扫描数据集；其中，所述激光扫描数据包括船舶宽度、船舶干舷高、激光幕帘第一次扫描到船头时间、激光幕帘最后一次扫描到船尾时间；

71、第二获取模块，用于建立雷达扫描二维坐标系，确定船舶识别有效范围，获取雷达扫描船舶的每帧扫描图对应的扫描点数据；

72、分析模块，用于基于预设的船舶识别算法对所述扫描点数据进行分析计算，得到每条船舶的雷达扫描数据，并生成雷达扫描数据集；其中，所述雷达扫描数据包括船舶航向、船舶航速及船舶坐标；

73、匹配模块，用于将所述激光扫描数据集内的所述激光扫描数据与所述雷达扫描数据集内的所述雷达扫描数据进行匹配，并根据匹配结果得到每条船舶的参数信息；其中，所述参数信息包括每条船舶的船舶长度、船舶吨位及船舶空重载状态。

74、本发明一实施例的基于激光扫描与雷达扫描结合的船舶测量系统，采用雷达扫描不受外界光照条件、气候条件影响，并且基于预设的船舶识别算法对扫描点数据进行分析计算，得到每条船舶的船舶航向及船舶航速，数据更加精确，再将雷达扫描数据与激光扫描数据进行匹配，最终得到的船舶长度、船舶吨位以及船舶空重载状态误差更小，精度更高；而且雷达扫描相对于激光扫描的设备成本更低，实用性更强。

75、一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的方法。

76、一种终端，所述终端包括：处理器，存储器；所述处理器、所述存储器进行相互的通信；

77、所述存储器用于存储指令；

78、所述处理器用于执行所述存储器中的所述指令，执行如上所述的方法。