CN114332402B - 融合地面式、手持式激光扫描的钢桥模拟预拼装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种融合地面式、手持式激光扫描的钢桥模拟预拼装方法，包括以下步骤：通过地面式激光扫描仪获取包括预拼装的钢箱梁块段的轮廓信息的点云数据；通过手持式激光扫描仪获取包括预拼装的钢箱梁块段的接口细节和拼接面信息的点云数据；将地面式激光扫描仪和手持式激光扫描仪获取到的点云数据进行点云数据融合；提取模拟预拼装关键点坐标；融合得到的点云数据经过自适应降采样生成钢箱梁块段稀疏点云；基于钢箱梁块段稀疏点云，完成钢箱梁块段三维建模；得到钢箱梁桥完整三维模型，实现模拟预拼接，获取模拟预拼装精度指标，指导钢梁桥块段修整。本发明可用于钢梁、钢混组合梁、钢塔、钢拱等不同钢桥部位的模拟预拼装。
Description
技术领域
本发明属于钢桥预拼装技术领域，具体涉及一种融合地面式、手持式激光扫描的钢桥模拟预拼装方法。
背景技术
受厂内作业区大小、运输、吊装、桥位周边环境等条件的限制，钢桥一般采取分段、分块的方式制造，然后将块段运到桥位处架设拼装。钢桥构件类型较多、形式复杂，且构件之间的空间关联性较强，因此，对构件之间拼接的制造精度要求也很高。由于难以避免的制造误差、特别是累计误差的存在，在桥位处架设钢梁时若发现安装精度不够，将难以修正和调整。所以，钢桥在架设之前，通常要求在制造厂开展预拼工作，校核钢桥的块段制造精度以及整体拼装效果，以便于及时进行纠正，确保桥位拼装作业顺利，避免高空调整，减少高空作业难度和加快施工速度，缩短现场干扰(封航、封路等)时间。
目前，预拼工作均是在专设的胎架上进行预演桥位拼装作业，该方式面临以下问题：
1)对拼装场地空间、设备要求高。总拼场地面积大，场地基础需牢固，需要专业吊装设备；
2)工作周期长。预拼过程较繁琐，搭设大型胎架、测量、检测的时间长；
3)测量精度、效率有待提升。传统技术是采用全站仪、钢尺等方式进行检测，检测精度、效率偏低；
4)经济性较差。大型厂房、胎架费料较多，较长的工作周期也意味着大量的人力物力投入。
而现实中，由于项目工期、场地、吊装设备等方面的条件限制，往往出现不具备在大型胎架上整体预拼条件的情况，从而采取传统的模拟预拼装方法。这种方法一般是利用全站仪、卷尺等常规设备，对各钢梁块段的成品尺寸、重要部位制造精度等参数进行测量，然后将这些参数进行匹配比对，从而了解各块段的制造精度和预拼装精度；但是，其采用的特征点数量有限，不能全面表征块段的实际情况，同时，所获取的参数精度也不高，难以达到预拼装的要求。
因此，针对模拟预拼装的思路，有必要考虑新型的数字模拟预拼装方式，采用数字化技术手段，获取钢桥各块段真实、精细的三维模型，然后在计算机端获得钢桥块段的制造精度，并进行模拟预拼装，从而替代现场预拼装。
在数字模拟预拼装方法方面，国家发明专利钢结构杆件栓接模拟拼装系统(专利号：ZL201520986988.3)和钢结构组件计算机模拟拼装方法(专利号：ZL200810163879.6)，均涉及钢结构模拟预拼装；但其研究重点均是采用数字摄影测量的方式，在钢结构构件关键点上布设靶标，通过获取靶标点的三维坐标来构建钢结构构件的三维模型，并未涉及利用激光扫描技术。
已发表论文《三维激光扫描技术在桥梁构件模拟预拼装中的应用》(罗永权、张鸿飞，测绘与空间地理信息，2017(11))、《基于BIM和三维激光扫描的钢管拱肋拼装检测技术》(阚浩钟、闫振海、李湛，施工技术，2019(48))等涉及到利用激光扫描技术进行钢构件的预拼装、检测技术。但这些方法技术主要存在以下问题：
1)仅使用单一的地面式激光扫描仪，受扫描扫描分辨率、扫描角度的限制，无法精准表现钢构件连接面、螺栓孔等细节特征，且存在大量扫描空洞。以上论文均未涉及到地面式激光扫描仪、手持式激光扫描仪协同技术；
2)没有涉及到激光扫描点云的降采样、轻量化建模，激光扫描仪获取的三维激光点云数据量庞大、冗余数据较多，如果不进行降采样、轻量化建模，会严重影响模拟预拼装的运行效率。需要依据钢桥块段局部特征情况，对三维点云进行自适应降采样，以上论文均未涉及相关技术；
3)钢桥块段模拟预拼装过程依靠在计算机程序上人工移动模型，实现钢桥多块段三维点云对齐，并未真实模拟钢桥块段三维模型的精准拼装，并未阐述钢桥块段焊接点、螺栓孔中心等关键点位坐标提取方法；
4)钢桥块段模拟预拼装误差检测方法都是与设计模型进行比对，仅能对关键部位的长、宽等基本且较为宏观的信息进行检测，并未严格参照钢桥块段实体预拼装要求对误差进行分类，并对各类误差提出精确测量方法。
这些方法均无法获得钢桥块段完整密集的三维模型，因而无法对其局部细节特征、整体形态尺寸进行精准的测量。并且，不进行点云降采样，会影响模拟预拼装的运行效率；另外，模拟预拼装精度的评价仅仅依靠简单的测量、与设计模型的对比来完成，实际效果不够精确、也不高效。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种融合地面式、手持式激光扫描的钢桥模拟预拼装方法，可以高效、高精度地获取钢桥的块段三维模型，通过对块段三维模型的模拟数字化预拼装来检验钢桥的制造精度以及预拼装精度，避免繁琐的钢桥实体预拼装。本发明可用于钢梁、钢混组合梁、钢塔、钢拱等不同钢桥部位的模拟预拼装。
本发明采用的技术方案是：一种融合地面式、手持式激光扫描的钢桥模拟预拼装方法，包括以下步骤：
A.通过地面式激光扫描仪获取包括预拼装的钢箱梁块段的轮廓信息的点云数据；
B.通过手持式激光扫描仪获取包括预拼装的钢箱梁块段的接口细节和拼接面信息的点云数据；
C.将地面式激光扫描仪和手持式激光扫描仪获取到的点云数据进行点云数据融合；
D.将融合后的点云数据以块为单位定义其对应的体素方向向量集合；基于对应的体素方向向量集合中的方向向量夹角数值分布比例设定每块块点云数据的抽稀比例；分别按照设定的抽稀比例抽取对应的点云数据块，作为预拼装的钢箱梁块段稀疏点云；
E.基于钢箱梁块段稀疏点云构建预拼装的钢箱梁块段三维模型，分别针对钢箱梁块段拼装的螺栓连接与焊接两种方式，提取拼装关键点，依据拼装关键点将多个预拼装的钢箱梁块段三维模型转换到统一坐标系中，得到钢箱梁桥完整的三维模型；
F.基于钢箱梁桥完整三维模型获取钢箱梁块段的制造精度及拼装匹配情况，为钢箱梁块段的修正调整提供指导。
上述技术方案中，步骤F中，基于钢箱梁桥完整三维模型获取钢箱梁块段及端口尺寸、平整度、对接缝错位数据、螺栓孔错位数据，依据钢箱梁块段实体预拼装允许偏差要求对钢箱梁块段实体进行调整。
上述技术方案中，步骤F中，如果通过钢箱梁块段三维模型计算，判定钢箱梁块段及端口尺寸与设计值相差在设定标准值以内，无需修正钢箱梁块段实体；
如果通过钢箱梁块段三维模型计算，判定钢箱梁块段及端口尺寸与设计值相差超过设置标准值，通过局部打磨、添加焊片、加热矫正手段对对应的钢箱梁块段实体进行修正。
上述技术方案中，步骤F中，所述平整度用于评价钢箱梁顶板在生产制造过程中是否发生弯曲变形；
平整度获取步骤如下：在钢箱梁块段三维模型上，选取钢箱梁块段顶板四个角点并利用该四个角点坐标拟合平面；在钢箱梁块段三维模型的顶板上，均匀选取采样点，逐采样点计算其到拟合平面的距离；对于采样点到拟合平面的距离小于设定标准值的区域，无需修正；对于采样点到拟合平面的距离大于等于设定标准值的区域，采用施力矫正法或加热矫正法对钢箱梁块段顶板进行区域矫正。
上述技术方案中，步骤F中，对接缝错位数据包括对接缝错移指标；对接缝错移指标用于描述钢箱梁块段拼接时端口的水平对齐情况，包括：对接缝错移角θ、对接缝最大错移量Emax、对接缝最小错移量Emin；通过获取两个钢箱梁块段用于实现拼接的两个拼接板B1、B2的角点在统一坐标系中的坐标计算对接缝错移指标；C1、C2、C3、C4为拼接板B1的沿逆时针方向分布的四个角点在统一坐标系中的坐标，C5、C6为拼接板B2的两个角点在统一坐标系中的坐标；
对接缝错移角θ的计算公式为：
如果判定两个拼接板B1、B2的对接缝不存在拼接碰撞；对接缝最大错移量为/>对接缝最小错移量为/>
如果判定对接缝存在拼接碰撞；对接缝最大错移量对接缝最小错移量为/>
上述技术方案中，步骤F中，对接缝错位数据包括对接缝错台指标，对接缝错台指标用于描述钢箱梁块段拼接时端口的焊接面垂直方向对齐情况，包括：对接缝错台角ρ、对接缝最大错台量Vmax、对接缝最小错台量Vmin；
通过获取两个钢箱梁块段用于实现拼接的两个拼接板B1、B2的角点在统一坐标系中的坐标计算对接缝错台指标；C1、C2、C3、C4为拼接板B1的沿逆时针方向分布的四个角点在统一坐标系中的坐标，C5、C6为拼接板B2的两个角点在统一坐标系中的坐标；以角点C1、C2、C3、C4拟合拼接板B1平面，计算角点C5、C6到拼接板B1的距离记为h1、h2，拼接板B1拼接边长为L；
对接缝错台角ρ的计算公式为：
如果则两个拼接板B1、B2的对接缝最小错台量Vmin＝-min(h1,h2)，两个拼接板B1、B2的对接缝最大错台量为Vmax＝max(h1,h2)；
如果则两个拼接板B1、B2的对接缝最小错台量Vmin＝min(h1,h2)，对接缝最大错台量Vmax＝max(h1,h2)。
上述技术方案中，步骤F中，
当且对接缝最大错移量小于设定标准值时，无需修正两个拼接板B1、B2对应的钢箱梁块段的实体；
当且对接缝最大错移量大于等于设定标准值且对接缝最大错移量小于设定标准值时，在两个拼接板B1、B2对应的钢箱梁块段的实体对接缝最大错移位处局部添加焊片，焊片厚度为对接缝最大错移量减去设定标准值的值；保证修正后对接缝最大错移量小于设定标准值；
当且对接缝最大错移量大于等于设定标准值且对接缝最大错移量小于等于设定标准值时，在两个拼接板B1、B2对应的钢箱梁块段的实体对接缝添加焊片，焊片厚度取值局部拼接缝宽减去设定标准值的值；保证修正后对接缝最大错移量小于设定标准值；
当且对接缝最大错移量小于设定标准值时，在两个拼接板B1、B2对应的钢箱梁块段的实体对接缝的局部拼接碰撞处采用局部打磨方法，局部打磨量为对接缝最小错移量，消除对接缝碰撞；
当且对接缝最大错移量大于等于设定标准值时，在两个拼接板B1、B2对应的钢箱梁块段的实体对接缝局部拼接缝处添加焊片，焊片厚度取值局部拼接缝宽减去设定标准值的值；对两个拼接板B1、B2对应的钢箱梁块段的实体对接缝的局部拼接碰撞处，采用局部打磨方法，局部打磨量为对接缝最小错移量。
上述技术方案中，当对接缝错台角小于设定标准值或对接缝最大错台量小于设定标准值时，无需修正；
当且对接缝最大错台量大于等于设定标准值且对接缝最小错台量小于设定标准值时，在两个拼接板B1、B2对应的钢箱梁块段的实体对接缝最大错台处，采用局部施力矫正法或加热矫正法，确保修正后对接缝最大错台量小于设定标准值；
当且对接缝最大错台量大于等于设定标准值且对接缝最小错台量大于等于设定标准值时，在两个拼接板B1、B2对应的钢箱梁块段的实体对接缝两端同时采用局部施力矫正法或加热矫正法，确保修正后对接缝最大错台量和对接缝最小错台量均小于设定标准值；
当且对接缝最大错台量大于等于设定标准值且对接缝最小错台量的绝对值小于设定标准值时，在两个拼接板B1、B2对应的钢箱梁块段的实体对接缝最大错台处，采用局部施力矫正法或加热矫正法，确保修正后对接缝最大错台量小于设定标准值；
当且对接缝最大错台量大于等于设定标准值且对接缝最小错台量的绝对值大于等于设定标准值时，在两个拼接板B1、B2对应的钢箱梁块段的实体对接缝两端，朝相反的作用方向采用局部施力矫正法或加热矫正法，确保修正后保修正后对接缝最大错台量和对接缝最小错台量的绝对值均小于设定标准值。
上述技术方案中，螺栓孔错位数据用于描述钢箱梁块段螺栓孔群对齐情况，螺栓孔错位数据包括同名螺栓孔中心坐标最大距离、同名螺栓孔中心坐标距离均方根平均值，其计算方法如下：
将所有螺栓孔中心坐标转换到统一坐标系下并编号；计算同名螺栓孔中心坐标距离，记为d1，d2，……dn；其中1,2,...n表示同名螺栓孔编号；
记同名螺栓孔中心坐标最大距离为dmax＝max(d1，d2，…，dn)；
计算同名螺栓孔中心坐标距离均方根平均值，drms用于评价螺栓孔群的整体对齐状况：
当drms大于等于设定标准值时，判定钢箱梁块段需返厂重新制造；
当drms大于等于设定标准值时,判定无需将钢箱梁块段整体返厂重新制造；根据同名螺栓孔中心坐标距离d1、d2、……dn，选取同名螺栓孔中心坐标距离大于设定标准值的同名螺栓孔，采用的扩孔方式修正钢箱梁块段实体上的对应的同名螺栓孔。
上述技术方案中，钢箱梁块段实体的四角设置有球形靶标；钢箱梁块段实体的表面设置有黑白棋盘格靶标；步骤A中，地面式激光扫描仪设置于钢箱梁块段一角时，扫描到4个球形靶标和2个侧面的黑白棋盘格靶标并生成对应的点云数据；步骤B中，对于单个钢箱梁块段，手持式激光扫描仪用于扫描钢箱梁块段的侧面的黑白棋盘格靶标并生成对应的点云数据；步骤C中，将地面式激光扫描仪在钢箱梁块段四角外侧采集到的四组点云数据分别通过球形靶标球心坐标进行拟合，得到四组点云数据中的球形靶标的球心坐标；通过四组点云数据中的球形靶标的球心坐标进行坐标变换，计算得到融合后的地面式激光扫描点云记录；根据融合后的地面式激光扫描点云记录中的黑白棋盘靶标中心点坐标以及手持式激光扫描获得的点云数据中的黑白棋盘靶标中心点坐标进行坐标变换，计算得到地面式激光扫描点云与手持式激光扫描点云融合后的点云数据。
上述技术方案中，步骤D具体包括以下步骤：将融合后的点云数据划分成块；将每块点云数据划分为若干个体素；针对每个体素，在点云数据中选取距离当前体素中心最近的点，计算点云数据在此点处的法向量，记为当前体素方向向量；针对每块点云数据，定义其包含体素方向向量的集合；统计集合内方向向量两两夹角大于设定值的数量以及比例值；将上述比例值加上设定比例得到的抽稀比例；将当前块点云数据按照抽稀比例均匀抽取的获得的点，作为当前块点云数据的降采样之后的点云数据；按照上述方法依次计算所有块点云数据的降采样之后的点云数据，得到自适应降采样生成钢箱梁块段稀疏点云。
上述技术方案中，步骤E中，如果钢箱梁块段拼装采用螺栓连接，则在融合后的点云数据上拟合获取所有螺栓孔中心点作为拼装关键点；如果钢箱梁块段拼装采用焊接连接，则在融合后的点云数据的焊接线上均匀选取不少于4个点作为拼装关键点；针对两个待螺栓连接的钢箱梁块段，选取不少于3对同名螺栓孔，根据提取的拼装关键点坐标计算坐标转换参数，根据同名螺栓孔实现两个钢箱梁块段三维模型坐标系统一；并采用同样方法依次完成剩余钢箱梁块段与已完成拼装钢箱梁块段三维模型坐标系的统一，即完成模拟预拼接；针对两个待焊接的钢箱梁块段，参考焊接点、线、面，基于所提取的拼装关键点坐标计算坐标转换参数，根据焊接同名点实现两个钢箱梁块段三维模型的对齐，完成钢箱梁块段三维模型坐标系统一；并同样方法依次完成剩余钢箱梁块段与已完成拼装钢箱梁块段三维模型坐标系的统一，即完成模拟预拼接。
本发明提供了一种融合地面式、手持式激光扫描的钢桥模拟预拼装方法，针对钢桥块段体积较大、接口较多、细节特征丰富的特点，利用地面式激光扫描获取钢桥块段的整体轮廓形状点云，利用手持式激光扫描获取钢桥块段的拼接面、接口等细节部位点云，基于公共靶标点将钢桥块段的整体轮廓形状点云与细节部位点云融合，得到钢桥块段完整三维点云。通过对钢桥块段完整三维点云进行自适应降采样过滤冗余点，减少钢桥块段点云数据量。基于降采样后点云，进行轻量化建模，构建钢桥块段精细三维模型。将钢桥块段的扫描三维模型与其设计数据对比，评价钢桥块段制造精度。结合钢桥块段焊接点位、螺栓孔位等，采用六参数坐标转换的方法模拟真实拼装流程，实现钢桥由分段及整体的层次化可视化数字化模拟预拼装，并通过三维模型获取块段及端口尺寸、平整度及坡度、接口焊缝间隙、对接缝错边量、螺栓孔错位、以及其它匹配性参数值，从而评价预拼装精度。
与现有技术相比，本发明具有以下显著优点和效果：
1)针对钢桥块段三维点云数据采集方法，将地面式、手持式激光扫描融合的方法引入到钢桥块段完整三维点云数据获取中，可确保三维点云数据完整无空洞，并同时兼顾扫描效率、精度；
2)针对采用地面式、手持式激光扫描获取的钢桥块段三维点云数据量庞大，本发明结合钢桥块段的形状特征，采用自适应降采样技术，可最大程度地保留钢桥块段拼装截面特征丰富区域的点云，以及简化钢桥块段顶板、底板等无需拼接区域的点云，在大幅减少点云数量的同时不影响模拟预拼装效果和检测精度。本发明提出的降采样方法适合于钢梁桥块段的形体特征，而且去冗余比例很高，效率也很高；传统的方法需要逐点计算曲率，非常耗时、计算量超大。
3)针对钢桥块段的模拟预拼装方法，参照钢桥块段实体预拼装中焊接、螺栓连接的方式，在相邻的钢桥块段三维模型上分别选取若干对同名点，通过六参数变换，实现钢桥块段三维模型的模拟预拼装。
4)针对钢桥三维模型特点，采用比对、测量方法，可快速获取模拟预拼装结果，并实现对模拟预拼装精度的全面检验和评价，达到钢桥块段实体预拼装精度检测的效果。本发明通过三维模型可以高效的反映出钢梁块段实体值与设计值的差距，便于后期修正工作。本发明提出的平整度指标评估方法可以精准的指出钢梁块段实体上不平整的位置以及需要调整的程度，有效指导了实体的修正工作。本发明提出的对接缝错移指标、对接缝错台指标可以精准反映出钢梁块段实体对接缝情况，解决了现场拼装无法获取该数据的问题，同时本发明提出了针对具体对接缝指标数值进行修正的具体方案，实现了对钢梁块段修正工作的高效指导。本发明提出的螺栓孔错位指标能够真实且有效地反映钢箱梁块段螺栓孔群对齐情况，并可以根据三维模型直接获取需要调整的螺栓编号，提高了钢梁块段修正工作的效率。
本发明为钢桥的模拟预拼装提供了全套的技术流程，创新了钢桥模拟预拼装的数据采集方法、模型拼接方法、精度评价方法。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的具体实施例示意图。
图3为具体实施例的靶标布置示意图。
图4为具体实施例的扫描方式示意图。
图5为对接缝错移指标获取示意图。
图6为对接缝错台指标获取示意图。
其中，1-钢箱梁块段，2-球形靶标，3-黑白棋盘格靶标，4-测站，5-地面式激光扫描仪。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
本发明公开了一种融合地面式、手持式激光扫描的钢桥块段模拟预拼装方法，包括以下步骤：
S1，根据桥梁行车方钢箱梁块向以及钢箱梁块段的实体拼装关系，确定需要进行模拟预拼装的钢箱梁块段及其顺序；
S2，在预拼装的钢箱梁块段顶面的四角以及每个截面分别布置靶标；
S3，通过地面式激光扫描仪扫描靶标获取包括该钢桥块段的轮廓信息的点云数据；
S4，通过手持式激光扫描仪扫描靶标获取包括该钢桥块段的接口细节和拼接面信息的点云数据；
S5，将地面式激光扫描仪和手持式激光扫描仪获取到的点云数据基于靶标信息进行点云数据融合；
S6，基于融合后的点云数据提取模拟预拼装的关键点坐标；
S7，对融合后的点云数据进行自适应降采样，生成预拼装的钢箱梁块段稀疏点云；
S8，基于钢箱梁块段稀疏点云，完成预拼装的钢箱梁块段三维建模；
S9，基于关键点坐标将多个预拼装的钢箱梁块段三维模型转换到统一坐标系中，得到钢箱梁桥完整三维模型，实现模拟预拼接；
S10，基于钢箱梁桥完整三维模型获取钢箱梁块段的尺寸信息以及各钢箱梁块段的拼装配合程度信息。
本发明应用是，首先在钢桥块段上布设球形靶标和黑白棋盘格靶标；再利用地面式激光扫描仪和手持式激光扫描仪分别获取钢桥块段的轮廓信息和接口细节信息，将获取得到的点云数据输入计算机程序融合得到钢桥块段的完整三维点云；然后，针对钢桥块段螺栓连接和焊接拼装方式，分别采用拟合和直接选点的方式，通过在计算机程序显示的界面，在三维点云上提取拼装关键点。再通过计算机程序执行点云自适应降采样算法和NURBS建模方法，过滤钢桥块段三维点云冗余点，构建钢桥块段轻量化三维模型。最后，在计算机程序基于拼装关键点自动完成钢桥块段三维模型的拼装，形成钢桥完整三维模型。计算机程序自动计算或者测量获取三维模型中钢梁块段及端口尺寸、平整度及坡度、接口焊缝间隙、对接缝错边量、螺栓孔错位、以及其它匹配性参数值等偏差指标，从而评价钢桥块段模拟预拼装精度。本发明可应用于钢桥各种类型和不同部位的数字模拟预拼装，避免繁琐的实体预拼装，由计算机模拟完成预拼装过程，精度高、效率高、经济效益显著。
如图1所示，本发明以钢箱梁桥模拟预拼装为例对本发明做进一步详细描述，钢桥其它部位(如：钢塔、钢拱等)和构件形式(如：钢桁、钢板梁等)的实施方法一致。各步骤详细阐述如下：
步骤1钢箱梁块段编号
根据桥梁行车方向以及钢箱梁块段的实体拼装关系，将钢箱梁块段进行编号为Dm(m＝1、2、3、……)，如图2所示。两两相邻的钢箱梁块段均需要进行模拟预拼装，如钢箱梁块段D1需要与钢箱梁块段D2、D4进行模拟预拼装，钢箱梁块段D5需要与钢箱梁块段D2、D4、D6、D8进行模拟预拼装。
步骤2激光反射靶标布设
为保证地面式、手持式激光扫描点云的高精度融合，需在钢箱梁块段上安置激光扫描靶标。本发明使用两种类型的激光扫描靶标：(1)球形靶标；(2)黑白棋盘格靶标。对于每个钢箱梁块段的扫描，需要4个球形靶标，放置在钢箱梁块段顶面的四角上，将4个球形靶标依次编号为B1、B2、B3、B4。黑白棋盘格靶标均匀粘贴在钢箱梁块段的每个截面，每个截面不少于4个黑白棋盘格靶标，对黑白棋盘格靶标编号为Tn(n＝1、2、3、……)。靶标编号用于点云融合的时候选取相同的靶标点计算转换参数。激光反射靶标的布设如图3所示。
步骤3地面式激光扫描点云数据采集
利用地面式激光扫描仪逐个对钢箱梁块段进行扫描。地面式激光扫描仪扫描钢桥块段的整体轮廓。对于单个钢箱梁块段，需扫描4个测站，测站布设在钢箱梁块段的四角外侧，测站位置与钢箱梁块段最近点距离不应超过5米。依次将地面式激光扫描仪架设在4个测站处对钢箱梁块段进行扫描，通过调整地面式激光扫描仪的扫描范围，确保地面式激光扫描仪能扫描到4个球形靶标和2个侧面至少各3个黑白棋盘格靶标，确保扫描获得点云中散点间距小于5mm。将每个钢箱梁块段的4个测站采集的点云记录为Dm_c1、Dm_c2、Dm_c3、Dm_c4，其中Dm为钢箱梁块段的编号。地面式激光扫描过程如图4所示。
步骤4手持式激光扫描点云数据采集
利用手持式激光扫描仪逐个对钢箱梁块段进行扫描。手持式激光扫描仪扫描钢桥块段的接口、拼接面等局部信息。对于单个钢箱梁块段，手持式激光扫描仪需重点扫描钢箱梁块段的侧面，确保扫描无漏洞，确保扫描获得点云中散点间距小于0.5mm，记录手持式激光扫描点云为Dm_s。
步骤5地面式、手持式激光扫描点云数据融合
对于单个钢箱梁块段，通过计算机程序利用地面式、手持式激光扫描仪获取的点云进行融合，得到钢箱梁块段的完整扫描点云。点云融合过程包括两步：(1)多测站的地面式激光扫描点云融合；(2)融合后的地面式激光扫描点云与手持式激光扫描点云融合。将地面式激光扫描仪在钢箱梁块段四角外侧采集到的四组点云数据分别通过球形靶标球心坐标进行拟合，得到四组点云数据中的球形靶标的球心坐标；通过四组点云数据中的球形靶标的球心坐标进行坐标变换，计算得到融合后的地面式激光扫描点云记录；根据融合后的地面式激光扫描点云记录中的黑白棋盘靶标中心点坐标以及手持式激光扫描获得的点云数据中的黑白棋盘靶标中心点坐标进行坐标变换，计算得到地面式激光扫描点云与手持式激光扫描点云融合后的点云数据。
步骤5.1多测站的地面式激光扫描点云融合
步骤5.1.1：球形靶标球心坐标拟合：选取点云Dm_c1中球形靶标B1上不少于5个点，利用这些点采用最小二乘法求解空间球方程：(x-a)2+(y-b)2+(z-c)2＝r2
其中(x,y,z)表示球形靶标B1上选点的坐标，即可求解球形靶标B1的球心坐标(a,b,c)以及半径r。相同方法可拟合得到点云Dm_c1上球形靶标B2、B3、B4的球心坐标，以及点云Dm_c2、Dm_c3、Dm_c4中球形靶标B1、B2、B3、B4的球心坐标。
步骤5.1.2：多测站地面式激光扫描点云坐标转换：以点云Dm_c1为基准，计算点云Dm_c2中球形靶标B1、B2、B3、B4的球心与点云Dm_c1中球形靶标B1、B2、B3、B4的球心的坐标转换关系，其计算公式为：
其中为点云Dm_c1中球形靶标B1、B2、B3、B4的球心坐标，/>为点云Dm_c2中球形靶标B1、B2、B3、B4的球心坐标，εx、εv、εz为旋转参数，t1、t2、t3为平移参数，利用旋转参数和平移参数实现点云Dm_c1、Dm_c2的融合。同样方法实现点云Dm_c3、Dm_c4与Dm_c1的融合。将融合后的地面式激光扫描点云记录为Dm_c。
步骤5.2：地面式激光扫描点云与手持式激光扫描点云融合
针对点云Dm_c和点云Dm_s，依次记录黑白棋盘格靶标中心点在点云Dm_c和Dm_s上的坐标，参照“多测站地面式激光扫描点云坐标转换”方法(步骤5.1.2)，实现地面式激光扫描点云与手持式激光扫描点云融合。
步骤6模拟预拼装关键点坐标提取
分别针对钢箱梁块段拼装的螺栓连接与焊接两种方式，通过计算机程序在钢箱梁块段点云上选取模拟预拼接关键点：1)对于螺栓连接方式，在钢箱梁块段点云上拟合获取所有螺栓孔中心点作为模拟预拼接关键点；2)对于焊接方式，是在钢箱梁块段点云的焊接线上均匀选取不少于4个点作为模拟预拼接关键点。下面分别阐述螺栓连接方式和焊接方式关键点坐标提取方法。
(1)螺栓连接方式
螺栓连接方式关键点坐标提取采取拟合的方法。针对钢箱梁块段点云上每一个螺栓孔，选取钢桥块段点云螺栓孔圆周上不少于5个激光点，利用这些点采用最小二乘法求解球方程：
(x-a)2+(y-b)2+(z-c)2＝r2
其中(x，y，z)表示螺栓孔圆周上选点的坐标，即可求解螺栓孔中心坐标(a，b，c)以及半径r。同样方法，逐个拟合得到所有待拼接钢箱梁块段所有螺栓孔中心坐标，记录为Dm_ln(n＝1、2、3＝……)。
(2)焊接方式
焊接方式关键点坐标提取采集直接选点的方法。针对钢箱梁块段的每条焊接线，在钢箱梁块段点云上沿焊接线均匀选取不少于4个点，记录其坐标为Dm_hn(n＝1、2、3、……)。
步骤7钢箱梁块段激光点云轻量化建模
采用地面式、手持式激光扫描融合后获得的钢箱梁块段点云数量过于庞大，计算机程序执行体素方向向量离散度评价法实现点云自适应降采样得到稀疏点云，基于稀疏点云采用NURBS方法完成钢箱梁块段三维模型构建。其中点云自适应降采样的方法包括以下步骤：
步骤7.1：钢箱梁块段点云自适应降采样
步骤7.1.1：对钢箱梁块段点云，采用边长为10厘米的空间三维网格将钢箱梁块段点云划分成块，如果块内点云数量少于2000个，则不进行后续计算；
步骤7.1.2：将每块点云以1厘米的空间三维网格划分为体素，及每块三维网格包含10×10×10＝1000个体素。如果体素内激光点多于20个，则记为有效体素，且参与后续计算，否则不参与后续计算。记录当前块内有效体素数量为n；
步骤7.1.3：针对每个体素，在点云中选取距离当前体素中心最近的点，计算点云数据在此点处的法向量记为当前体素方向向量；
步骤7.1.4：针对每块点云，记其包含体素方向向量集合记为n为当前块内有效体素数量。计算集合Q内方向向量两两夹角，统计夹角大于5度的数量为p，其夹角大于5度的比例为：
将当前块点云均匀抽取比例(R+0.1)的点，完成当前块点云的降采样；
步骤7.1.5：依次计算每块点云R值，并将每块点云依据比例(R+0.1)进行抽稀，完成钢箱梁块段点云的自适应降采样得到钢箱梁块段稀疏点云。
步骤7.2：钢箱梁块段点云建模
本发明采用NURBS建模方法，基于钢箱梁块段稀疏点云，完成钢箱梁块段三维建模。
步骤8钢箱梁桥多块段三维模型模拟预拼装
钢箱梁桥多块段模拟预拼接主要采用坐标转换的方法，将多个钢箱梁块段三维模型转换到统一坐标系中，得到钢箱梁桥完整三维模型，实现模拟预拼接。下面分别阐述螺栓连接方式和焊接方式的模拟预拼接方法。
(1)焊接方式
针对2个待焊接的钢箱梁块段，参考焊接点、线、面，基于步骤6中所提取的焊接方式关键点坐标，实现钢箱梁块段三维模型的对齐，完成钢箱梁块段三维模型坐标系统一。同样方法依次完成剩余钢箱梁块段与已完成拼接钢箱梁块段三维模型坐标系的统一。根据需要，选取批次甚至是整桥的虚拟预拼装。
(2)螺栓连接方式
针对2个待螺栓连接的钢箱梁块段，选取不少于3对同名螺栓孔，根据步骤6所提取的同名螺栓孔中心坐标计算坐标转换参数，实现2个钢箱梁块段三维模型坐标系统一。同样方法依次完成剩余钢箱梁块段与已完成拼接钢箱梁块段三维模型坐标系的统一。
步骤9钢箱梁块段模拟预拼装精度分析
在完成钢箱梁桥多块段模拟预拼接后，本发明基于钢箱梁桥完整三维模型通过计算机程序自动获取块段及端口尺寸、平整度、对接缝错移指标、对接缝错台指标、螺栓孔错位、以及其它匹配性参数值，依据钢箱梁块段实体预拼装允许偏差要求，进行预拼装精度分析和评估。上述指标的获取方法具体如下：
步骤9.1：块段及端口尺寸
主要评价钢箱梁块段的整体制造精度。针对钢箱梁块段三维模型，测量梁长、梁宽、梁高，特别是端口的中心高、边高、对角线差等数值，与设计值和有关技术规范进行比对，获取钢箱梁块段的尺寸偏差。
步骤9.2：平整度
平整度指标主要用于评价钢箱梁顶板在生产制造过程中是否发生弯曲变形。平整度指标获取步骤如下：
(1)在钢箱梁块段三维模型上，选取顶板四个角点的坐标，利用4个角点坐标拟合平面；
(2)在钢箱梁块段三维模型的顶板上，以1米为间距均匀选取采样点，逐采样点计算其到拟合平面的距离，记为h1、h2、……、hn。
步骤9.3：对接缝错移指标
对接缝错移指标主要描述钢箱梁块段拼接时端口的水平对齐情况，主要包括三个参数：对接缝错移角θ、对接缝最大错移量Emax、对接缝最小错移量Emin。对接缝错移指标主要评价包括顶板、底板、腹板的对齐精度。对接缝错移指标获取方法如图5所示，其计算步骤如下：
(1)通过获取两个钢箱梁块段用于实现拼接的两个拼接板B1、B2的角点在统一坐标系中的坐标计算对接缝错移指标；C1、C2、C3、C4为拼接板B1的沿逆时针方向分布的四个角点在统一坐标系中的坐标，C5、C6为拼接板B2的两个角点在统一坐标系中的坐标；
(2)拼接板B1拼接边长为L；
(3)对接缝错移角θ的计算公式为：
(4)如果对接缝最大错移量为/>对接缝最小错移量为/>
(5)如果此时说明对接缝存在拼接碰撞，其对接缝最大错移量对接缝最小错移量为/>
步骤9.4：对接缝错台指标
对接缝错台指标描述钢箱梁块段拼接时端口的焊接面垂直方向对齐情况，主要包括三个参数：对接缝错台角ρ、对接缝最大错台量Vmax、对接缝最小错台量Vmin。对接缝错台指标主要用于评价顶板、底板、腹板的对齐精度。对接缝错台指标获取方法如图6所示，其计算步骤如下：
(1)通过获取两个钢箱梁块段用于实现拼接的两个拼接板B1、B2的角点在统一坐标系中的坐标计算对接缝错移指标；C1、C2、C3、C4为拼接板B1的沿逆时针方向分布的四个角点在统一坐标系中的坐标，C5、C6为拼接板B2的两个角点在统一坐标系中的坐标；
(2)以角点C1、C2、C3、C4的坐标拟合拼接板B1平面，计算角点C5、C6到拼接板B1的距离为h1、h2，拼接板B1拼接边长为L；
(3)对接缝错台角ρ的计算公式为：
(4)如果则对接缝最小错台量Vmin＝-min(h1,h2)，对接缝最大错台量为Vmax＝max(h1,h2)；
(5)如果则对接缝最小错台量Vmin＝min(h1,h2)，对接缝最大错台量Vmax＝max(h1,h2)。
步骤9.5：螺栓孔错位指标
螺栓孔错位指标主要评价钢箱梁块段螺栓孔群对齐情况，螺栓孔错位指标主要同名螺栓孔中心坐标最大距离、同名螺栓孔中心坐标距离均方根平均值。其计算方法如下：
(1)基于步骤8：(1)螺栓连接方式中计算得到的坐标转换参数，将所有螺栓孔中心坐标转换到统一坐标系下；
(2)计算同名螺栓孔中心坐标距离并进行编号，记为d1，d2，……dn；其中1-n表示同名螺栓的编号。
(3)记同名螺栓孔中心坐标最大距离为dmax＝max(d1,d2,…,dn)；
(4)计算同名螺栓孔中心坐标距离均方根平均值：
drms用于评价螺栓孔群的整体对齐状况。
步骤10：钢箱梁块段修正
步骤10.1：钢箱梁块段及端口尺寸偏差修正
基于步骤9.1得到的钢梁桥块段及端口尺寸数据，依据如下标准进行修正：
(1)三维模型中钢梁块段及端口尺寸与设计值相差在2mm以内，无需修正实体钢梁块段；
(2)三维模型中钢梁块段及端口尺寸与设计值相差超过2mm，采用局部打磨、添加焊片、加热矫正等方法进行修正实体钢梁块段，具体修正方法取决于现场条件。
步骤10.2：钢箱梁块段平整度偏差修正
基于步骤9.2计算得到的平整度指标，依据如下标准进行修正：
(1)对于采样点到拟合平面的距离小于2mm的区域，无需修正实体钢梁块段；
(2)对于采样点到拟合平面的距离大于2mm的区域，采用施力矫正法或加热矫正法对采样点坐标对应的实体钢箱梁块段顶板进行区域矫正。
步骤10.3：钢箱梁块段对接缝错移修正
基于步骤9.3计算得到的对接缝错移指标，依据如下标准进行修正：
(1)当且Emax＜2mm时，无需修正；
(2)当且Emax＞2mm且Emin＜2mm时，在对接缝最大错移位处(即钢梁块段的顶点处)局部添加焊片，焊片厚度为(Emax-2)mm，保证修正后对接缝最大错移量小于2mm；
(3)当且Emax＞2mm且Emin＞2mm时，在钢梁块段的实体对接缝添加焊片，焊片厚度取值局部拼接缝宽减去2mm，保证修正后对接缝最大错移量小于2mm；
(4)当且Emax＜2mm时，此时对接缝存在局部拼接碰撞，在钢梁块段的实体碰撞处(该位置一般为钢梁块段的顶点处)采用局部打磨方法，局部打磨量为Emin，消除对接缝碰撞；
(5)当且Emax＞2mm时，此时对接缝存在局部拼接缝过大、局部拼接碰撞的情况。对钢梁块段的实体局部拼接缝过大处(一般是钢梁块段的顶点处)添加焊片，焊片厚度取值局部拼接缝宽减去2mm；对局部拼接碰撞，在钢梁块段的实体采用局部打磨方法，局部打磨量为Emin，保证修正后对接缝最大错移量小于2mm，同时消除拼接碰撞。
步骤10.4：钢箱梁块段对接缝错台修正
基于步骤9.4计算得到的对接缝错台指标，依据如下标准进行修正：
(1)当对接缝错台角ρ<2度或Vmax＜2mm时，无需修正钢梁块段实体；
(2)当且Vmax＞2mm且Vmin＜2mm时，在钢梁块段实体对接缝最大错台处(一般是钢梁块段的顶点处)，采用局部施力矫正法或加热矫正法，确保修正后Vmax＜2mm，消除对接缝错台；
(3)当且Vmax＞2mm且Vmin＞2mm时，在钢梁块段实体对接缝两端同时采用局部施力矫正法或加热矫正法，确保修正后Vmax＜2mm且Vmin＜2mm，消除对接缝错台；
(4)当且Vmax＞2mm且|Vmin|＜2mm时，在钢梁块段实体对接缝最大错台处(一般是钢梁块段的顶点处)，采用局部施力矫正法或加热矫正法，确保修正后Vmax＜2mm，消除对接缝错台；
(5)当且Vmax＞2mm且|Vmin|＞2mm时，在钢梁块段实体对接缝两端，朝相反的作用方向采用局部施力矫正法或加热矫正法，确保修正后Vmax＜2mm且|Vmin|＜2mm，消除对接缝错台；
步骤10.5：钢箱梁块段螺栓孔错位修正
基于步骤9.5计算得到的各同名螺栓孔中心坐标距离，依据如下标准进行修正：
(1)当drms>1mm时，钢箱梁块段需返厂重新制造；
(2)当drms<1mm时,无需将钢箱梁块段整体返厂重新制造。对于同名螺栓孔中心坐标距离d1、d2、……dn，选取距离大于1mm的螺栓孔，在钢梁块段实体采用扩孔方式，根据三维模型中螺栓编号对应修正实体上的螺栓孔。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种融合地面式、手持式激光扫描的钢桥模拟预拼装方法，其特征在于：包括以下步骤：
A.通过地面式激光扫描仪获取包括预拼装的钢箱梁块段的轮廓信息的点云数据；
B.通过手持式激光扫描仪获取包括预拼装的钢箱梁块段的接口细节和拼接面信息的点云数据；
C.将地面式激光扫描仪和手持式激光扫描仪获取到的点云数据进行点云数据融合；
D.将融合后的点云数据以块为单位定义其对应的体素方向向量集合；基于对应的体素方向向量集合中的方向向量夹角数值分布比例设定每块点云数据的抽稀比例；分别按照设定的抽稀比例抽取对应的点云数据块，作为预拼装的钢箱梁块段稀疏点云；
E.基于钢箱梁块段稀疏点云构建预拼装的钢箱梁块段三维模型，分别针对钢箱梁块段拼装的螺栓连接与焊接两种方式，提取拼装关键点，依据拼装关键点将多个预拼装的钢箱梁块段三维模型转换到统一坐标系中，得到钢箱梁桥完整的三维模型；
F.基于钢箱梁桥完整三维模型获取钢箱梁块段的制造精度及拼装匹配情况，为钢箱梁块段的修正调整提供指导；
步骤F中，对接缝错位数据包括对接缝错移指标；对接缝错移指标用于描述钢箱梁块段拼接时端口的水平对齐情况，包括：对接缝错移角θ、对接缝最大错移量Emax、对接缝最小错移量Emin；通过获取两个钢箱梁块段用于实现拼接的两个拼接板B1、B2的角点在统一坐标系中的坐标计算对接缝错移指标；C1、C2、C3、C4为拼接板B1的沿逆时针方向分布的四个角点在统一坐标系中的坐标，C5、C6为拼接板B2的两个角点在统一坐标系中的坐标；
对接缝错移角θ的计算公式为：
如果判定两个拼接板B1、B2的对接缝不存在拼接碰撞；对接缝最大错移量为/>对接缝最小错移量为/>
如果判定对接缝存在拼接碰撞；对接缝最大错移量对接缝最小错移量为/>
当且对接缝最大错移量小于设定标准值时，无需修正两个拼接板B1、B2对应的钢箱梁块段的实体；
当且对接缝最大错移量大于等于设定标准值且对接缝最大错移量小于设定标准值时，在两个拼接板B1、B2对应的钢箱梁块段的实体对接缝最大错移位处局部添加焊片，焊片厚度为对接缝最大错移量减去设定标准值的值；保证修正后对接缝最大错移量小于设定标准值；
当且对接缝最大错移量大于等于设定标准值且对接缝最大错移量小于等于设定标准值时，在两个拼接板B1、B2对应的钢箱梁块段的实体对接缝添加焊片，焊片厚度取值局部拼接缝宽减去设定标准值的值；保证修正后对接缝最大错移量小于设定标准值；
当且对接缝最大错移量小于设定标准值时，在两个拼接板B1、B2对应的钢箱梁块段的实体对接缝的局部拼接碰撞处采用局部打磨方法，局部打磨量为对接缝最小错移量，消除对接缝碰撞；
当且对接缝最大错移量大于等于设定标准值时，在两个拼接板B1、B2对应的钢箱梁块段的实体对接缝局部拼接缝处添加焊片，焊片厚度取值局部拼接缝宽减去设定标准值的值；对两个拼接板B1、B2对应的钢箱梁块段的实体对接缝的局部拼接碰撞处，采用局部打磨方法，局部打磨量为对接缝最小错移量。
2.根据权利要求1所述的一种融合地面式、手持式激光扫描的钢桥模拟预拼装方法，其特征在于：步骤F中，基于钢箱梁桥完整三维模型获取各钢箱梁块段及端口尺寸、平整度、对接缝错位数据、螺栓孔错位数据，依据钢箱梁块段实体预拼装允许偏差要求对钢箱梁块段进行调整。
3.根据权利要求2所述的一种融合地面式、手持式激光扫描的钢桥模拟预拼装方法，其特征在于：步骤F中，如果通过钢箱梁块段三维模型计算，判定钢箱梁块段及端口尺寸与设计值相差在设定标准值以内，无需修正钢箱梁块段实体；
如果通过钢箱梁块段三维模型计算，判定钢箱梁块段及端口尺寸与设计值相差超过设置标准值，通过局部打磨、添加焊片、加热矫正手段对对应的钢箱梁块段实体进行修正。
4.根据权利要求2所述的一种融合地面式、手持式激光扫描的钢桥模拟预拼装方法，其特征在于：步骤F中，所述平整度用于评价钢箱梁顶板在生产制造过程中是否发生弯曲变形；
平整度获取步骤如下：在钢箱梁块段三维模型上，选取钢箱梁块段顶板四个角点并利用该四个角点的坐标拟合平面；在钢箱梁块段三维模型的顶板上，均匀选取采样点，逐采样点计算其到拟合平面的距离；对于采样点到拟合平面的距离小于设定标准值的区域，无需修正；对于采样点到拟合平面的距离大于等于设定标准值的区域，采用施力矫正法或加热矫正法对钢箱梁块段顶板进行区域矫正。
5.根据权利要求1所述的一种融合地面式、手持式激光扫描的钢桥模拟预拼装方法，其特征在于：步骤F中，对接缝错位数据包括对接缝错台指标，对接缝错台指标用于描述钢箱梁块段拼接时端口的焊接面垂直方向对齐情况，包括：对接缝错台角ρ、对接缝最大错台量Vmax、对接缝最小错台量Vmin；
通过获取两个钢箱梁块段用于实现拼接的两个拼接板B1、B2的角点在统一坐标系中的坐标计算对接缝错台指标；C1、C2、C3、C4为拼接板B1的沿逆时针方向分布的四个角点在统一坐标系中的坐标，C5、C6为拼接板B2的两个角点在统一坐标系中的坐标；以角点C1、C2、C3、C4拟合拼接板B1平面，计算角点C5、C6到拼接板B1的距离记为h1、h2，拼接板B1拼接边长为L；
对接缝错台角ρ的计算公式为：
如果则两个拼接板B1、B2的对接缝最小错台量Vmin＝-min(h1,h2)，两个拼接板B1、B2的对接缝最大错台量为Vmax＝max(h1,h2)；
如果则两个拼接板B1、B2的对接缝最小错台量Vmin＝min(h1,h2)，对接缝最大错台量Vmax＝max(h1,h2)；
当对接缝错台角小于设定标准值或对接缝最大错台量小于设定标准值时，无需修正；
当且对接缝最大错台量大于等于设定标准值且对接缝最小错台量小于设定标准值时，在两个拼接板B1、B2对应的钢箱梁块段的实体对接缝最大错台处，采用局部施力矫正法或加热矫正法，确保修正后对接缝最大错台量小于设定标准值；
当且对接缝最大错台量大于等于设定标准值且对接缝最小错台量大于等于设定标准值时，在两个拼接板B1、B2对应的钢箱梁块段的实体对接缝两端同时采用局部施力矫正法或加热矫正法，确保修正后对接缝最大错台量和对接缝最小错台量均小于设定标准值；
当且对接缝最大错台量大于等于设定标准值且对接缝最小错台量的绝对值小于设定标准值时，在两个拼接板B1、B2对应的钢箱梁块段的实体对接缝最大错台处，采用局部施力矫正法或加热矫正法，确保修正后对接缝最大错台量小于设定标准值；
当且对接缝最大错台量大于等于设定标准值且对接缝最小错台量的绝对值大于等于设定标准值时，在两个拼接板B1、B2对应的钢箱梁块段的实体对接缝两端，朝相反的作用方向采用局部施力矫正法或加热矫正法，确保修正后对接缝最大错台量和对接缝最小错台量的绝对值均小于设定标准值。
6.根据权利要求2所述的一种融合地面式、手持式激光扫描的钢桥模拟预拼装方法，其特征在于：螺栓孔错位数据用于描述钢箱梁块段螺栓孔群对齐情况，螺栓孔错位数据包括同名螺栓孔中心坐标最大距离、同名螺栓孔中心坐标距离均方根平均值，其计算方法如下：
将所有螺栓孔中心坐标转换到统一坐标系下并编号；计算同名螺栓孔中心坐标距离，记为d1，d2，…，dn；其中1,2,...，n表示同名螺栓孔编号；
记同名螺栓孔中心坐标最大距离为dmax＝max(d1，d2，…，dn)；
计算同名螺栓孔中心坐标距离均方根平均值，drms用于评价螺栓孔群的整体对齐状况：
当drms大于等于设定标准值时，判定钢箱梁块段需返厂重新制造；
当drms大于等于设定标准值时,判定无需将钢箱梁块段整体返厂重新制造；根据同名螺栓孔中心坐标距离d1，d2，…，dn，选取同名螺栓孔中心坐标距离大于设定标准值的同名螺栓孔，采用的扩孔方式修正钢箱梁块段实体上的对应的同名螺栓孔。
7.根据权利要求1所述的一种融合地面式、手持式激光扫描的钢桥模拟预拼装方法，其特征在于：钢箱梁块段实体的四角设置有球形靶标；钢箱梁块段实体的表面设置有黑白棋盘格靶标；步骤A中，地面式激光扫描仪设置于钢箱梁块段一角时，扫描到4个球形靶标和2个侧面的黑白棋盘格靶标并生成对应的点云数据；步骤B中，对于单个钢箱梁块段，手持式激光扫描仪用于扫描钢箱梁块段的侧面的黑白棋盘格靶标并生成对应的点云数据；步骤C中，将地面式激光扫描仪在钢箱梁块段四角外侧采集到的四组点云数据分别通过球形靶标球心坐标进行拟合，得到四组点云数据中的球形靶标的球心坐标；通过四组点云数据中的球形靶标的球心坐标进行坐标变换，计算得到融合后的地面式激光扫描点云记录；根据融合后的地面式激光扫描点云记录中的黑白棋盘靶标中心点坐标以及手持式激光扫描获得的点云数据中的黑白棋盘靶标中心点坐标进行坐标变换，计算得到地面式激光扫描点云与手持式激光扫描点云融合后的点云数据。
8.根据权利要求1所述的一种融合地面式、手持式激光扫描的钢桥模拟预拼装方法，其特征在于：步骤D具体包括以下步骤：将融合后的点云数据划分成块；将每块点云数据划分为若干个体素；针对每个体素，在点云数据中选取距离当前体素中心最近的点，计算点云数据在此点处的法向量，记为当前体素方向向量；针对每块点云数据，定义其包含体素方向向量的集合；统计集合内方向向量两两夹角大于设定值的数量以及比例值；将上述比例值加上设定比例得到的抽稀比例；将当前块点云数据按照抽稀比例均匀抽取的获得的点，作为当前块点云数据的降采样之后的点云数据；按照上述方法依次计算所有块点云数据的降采样之后的点云数据，得到自适应降采样生成钢箱梁块段稀疏点云。
9.根据权利要求1所述的一种融合地面式、手持式激光扫描的钢桥模拟预拼装方法，其特征在于：步骤E中，如果钢箱梁块段拼装采用螺栓连接，则在融合后的点云数据上拟合获取所有螺栓孔中心点作为拼装关键点；如果钢箱梁块段拼装采用焊接连接，则在融合后的点云数据的焊接线上均匀选取不少于4个点作为拼装关键点；针对两个待螺栓连接的钢箱梁块段，选取不少于3对同名螺栓孔，根据提取的拼装关键点坐标计算坐标转换参数，根据同名螺栓孔实现两个钢箱梁块段三维模型坐标系统一；并采用同样方法依次完成剩余钢箱梁块段与已完成拼装钢箱梁块段三维模型坐标系的统一，即完成模拟预拼接；针对两个待焊接的钢箱梁块段，参考焊接点、线、面，基于所提取的拼装关键点坐标计算坐标转换参数，根据焊接同名点实现两个钢箱梁块段三维模型的对齐，完成钢箱梁块段三维模型坐标系统一；并同样方法依次完成剩余钢箱梁块段与已完成拼装钢箱梁块段三维模型坐标系的统一，即完成模拟预拼接。
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