專利名稱：一種固定式自動體積測量系統(tǒng)及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種體積測量系統(tǒng)及其測量方法，尤其是涉及一種固定式自動體積測量系統(tǒng)及其測量方法。
背景技術(shù)：
對于需要購入或者售出如沙料、煤炭、礦料等大批量散貨的企業(yè)，常采用大型車輛運(yùn)載散貨物料，然后根據(jù)車載物料的體積進(jìn)行交易。車載散貨物料體積的獲取一般有如下幾種方法(I)基于車輛車廂承載容量和物料裝載情況人為估算出物料體積，該方法需要知道不同車輛的車廂額定承載容量，且車輛實(shí)際的物料裝載量具有隨機(jī)性，因此該方法精度低、人為因素大；(2)基于車載物料重量得出物料體積，該方法采用地磅稱重儀等稱重設(shè)備分別測量車輛滿載和空載兩種情況下的重量，兩次重量的差值即為車載物料的實(shí)際重量，然后結(jié)合物料密度即可得出物料體積，該方法需要知道每種物料的確切密度，在密度未知的情況下需要人工標(biāo)定物料密度，地磅稱重儀測重時也存在誤差，必須每隔一段時間就對設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，否則誤差會累計(jì)增大，同時該方法需要手工記錄每輛物料運(yùn)輸車的信息，因此該方法穩(wěn)定性較差、人為因素大。隨著科技的發(fā)展，微處理器的速度、傳感器的精度、網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性都已有了大幅度的提高，未來工業(yè)測量系統(tǒng)將向智能化、高精度、高穩(wěn)定性方向發(fā)展，車載物料體積的測量也不例外。當(dāng)前已知類似的技術(shù)方法有A.打點(diǎn)式堆體體積測量法，該方法采用測距傳感器，通過多次人工定點(diǎn)測量，然后通過三維建模，算出堆體體積。此方法用于測量車載物料體積時，優(yōu)點(diǎn)在于成本較低，但人工操作復(fù)雜，且測量精度較低。B.超聲波斷面掃描法這種方法是將觀測對象沿一邊方向分成若干個段單元，利用超聲波通過不通介質(zhì)具有不同反射的特性，對每段單元的每個斷面進(jìn)行掃描，分析計(jì)算斷面的掃描面積，從而求出整個觀測對象體積。一方面，該方法自動化程度和技術(shù)含量都很高，但是成本也比較高；另一方面，由于散貨物料的不均勻和超聲波在不同介質(zhì)中反射不一致，而帶來較大測量誤差影響測算精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題；提供了一種能夠快速、自動識別物料運(yùn)輸車輛的方法替代傳統(tǒng)的全天候值守、手工記錄運(yùn)輸車輛的一種固定式自動體積測量系統(tǒng)及其測量方法。本發(fā)明還有一目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題；提供了一種快速、準(zhǔn)確測量車載物料體積的一種固定式自動體積測量系統(tǒng)及其測量方法。本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種固定式自動體積測量系統(tǒng)，其特征在于，包括車輛識別系統(tǒng)實(shí)時識別需被測量的物料運(yùn)輸車，并向采集系統(tǒng)發(fā)送識別信息；
掃描系統(tǒng)包括至少一個激光雷達(dá)掃描儀，即第一激光雷達(dá)掃描儀，對物料運(yùn)輸車進(jìn)行快速掃描，并向采集系統(tǒng)輸出掃描數(shù)據(jù)；采集系統(tǒng)接收車輛識別系統(tǒng)發(fā)送的信息，控制掃描系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，接收掃描系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并實(shí)時把數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收采集系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成系統(tǒng)測量結(jié)果，并把測量結(jié)果發(fā)送給管理系統(tǒng)；管理系統(tǒng)接收車輛識別系統(tǒng)和處理系統(tǒng)分別發(fā)送的車輛識別信息和計(jì)算結(jié)果，并建立對應(yīng)關(guān)系以對車輛和物料運(yùn)輸信息進(jìn)行管理；供電系統(tǒng)為采集系統(tǒng)、車輛識別系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)以及管理系統(tǒng)供電。在上述的一種固定式自動體積測量系統(tǒng)，所述掃描系統(tǒng)包括兩個激光雷達(dá)掃描儀，即第一激光雷達(dá)掃描儀以及第二激光雷達(dá)掃描儀；所述第一激光雷達(dá)掃描儀固定在被檢測車輛所在的兩條車道中線并位于被檢測車輛上方；所述第二激光雷達(dá)掃描儀固定在兩條車道的中線上并位于被檢測車輛下方地面。在上述的一種固定式自動體積測量系統(tǒng)，所述掃描系統(tǒng)包括三個激光雷達(dá)掃描儀，即第一激光雷達(dá)掃描儀、第二激光雷達(dá)掃描儀以及第三激光雷達(dá)掃描儀；所述第一激光雷達(dá)掃描儀和第二激光雷達(dá)掃描儀分別位于同被檢測的兩條車道同平面的被檢測車輛上方，并且第一激光雷達(dá)掃描儀和第二激光雷達(dá)掃描儀位于同一直線上；所述第三激光雷達(dá)掃描儀設(shè)置在與兩條車道的中線同平面的被檢測車輛上方?！N固定式自動體積測量系統(tǒng)的測量方法，其特征在于，基于掃描系統(tǒng)包括一個激光雷達(dá)掃描儀，并采用公式 V沙料體積=V被測車輛滿載測量所得體積-V被測車輛空載測量所得體積；包括以下步驟 步驟I，建立車載物料堆體坐標(biāo)系基于云臺360°C旋轉(zhuǎn)掃描，其相當(dāng)于把車載物料視為圓形堆體，依據(jù)測量原理，建立堆場計(jì)算用三維坐標(biāo)系定義L為激光掃描儀到云臺旋轉(zhuǎn)中心的距離，D為激光掃描儀測距值即被測點(diǎn)到掃描儀的距離為激光掃描儀到地面的高度；a為激光掃描儀與水平面的夾角；Y為掃描斷面與X軸方向的夾角；0為掃描斷面與激光掃描儀的夾角，此角度與掃描方向有關(guān)。步驟2，根據(jù)堆場計(jì)算模型，距離傳感器返回的距離X、激光掃描儀的安裝高度H、堆取料機(jī)大臂的長度L參數(shù)，對于圓形堆場三維點(diǎn)坐標(biāo)，即X，Y，Z，的計(jì)算公式可以推導(dǎo)如下
權(quán)利要求
1.ー種固定式自動體積測量系統(tǒng)，其特征在于，包括 車輛識別系統(tǒng)實(shí)時識別需被測量的物料運(yùn)輸車，井向采集系統(tǒng)發(fā)送識別信息； 掃描系統(tǒng)包括至少ー個激光雷達(dá)掃描儀，即第一激光雷達(dá)掃描儀，對物料運(yùn)輸車進(jìn)行快速掃描，并向采集系統(tǒng)輸出掃描數(shù)據(jù)； 采集系統(tǒng)接收車輛識別系統(tǒng)發(fā)送的信息，控制掃描系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，接收掃描系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并實(shí)時把數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)； 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收采集系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成系統(tǒng)測量結(jié)果，并把測量結(jié)果發(fā)送給管理系統(tǒng)； 管理系統(tǒng)接收車輛識別系統(tǒng)和處理系統(tǒng)分別發(fā)送的車輛識別信息和計(jì)算結(jié)果，并建立對應(yīng)關(guān)系以對車輛和物料運(yùn)輸信息進(jìn)行管理； 供電系統(tǒng)為采集系統(tǒng)、車輛識別系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)以及管理系統(tǒng)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種固定式自動體積測量系統(tǒng)，其特征在于，所述掃描系統(tǒng)包括兩個激光雷達(dá)掃描儀，即第一激光雷達(dá)掃描儀以及第ニ激光雷達(dá)掃描儀；所述第一激光雷達(dá)掃描儀固定在被檢測車輛所在的兩條車道中線并位于被檢測車輛上方；所述第二激光雷達(dá)掃描儀固定在兩條車道的中線上并位于并位于被檢測車輛下方地面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種固定式自動體積測量系統(tǒng)，其特征在于，所述掃描系統(tǒng)包括三個激光雷達(dá)掃描儀，即第一激光雷達(dá)掃描儀、第二激光雷達(dá)掃描儀以及第三激光雷達(dá)掃描儀；所述第一激光雷達(dá)掃描儀和第二激光雷達(dá)掃描儀分別位于同被檢測的兩條車道同平面的被檢測車輛上方,并且第一激光雷達(dá)掃描儀和第二激光雷達(dá)掃描儀位于同一直線上；所述第三激光雷達(dá)掃描儀設(shè)置在與兩條車道的中線同平面的被檢測車輛上方。
4.一種權(quán)利要求I所述的ー種固定式自動體積測量系統(tǒng)的測量方法，其特征在于，基于掃描系統(tǒng)包括一個激光雷達(dá)掃描儀，并采用公式V沙料體積=V被測車輛滿載測量所得體積-V被測車輛空載測量所得體積；包括以下步驟 步驟I，建立車載物料堆體坐標(biāo)系 基于云臺360°C旋轉(zhuǎn)掃描，其相當(dāng)于把車載物料視為圓形堆體，依據(jù)測量原理，建立堆場計(jì)算用三維坐標(biāo)系定義L為激光掃描儀到云臺旋轉(zhuǎn)中心的距離，D為激光掃描儀測距值即被測點(diǎn)到掃描儀的距離為激光掃描儀到地面的高度；α為激光掃描儀與水平面的夾角；Y為掃描斷面與X軸方向的夾角；Θ為掃描斷面與激光掃描儀的夾角，此角度與掃描方向有關(guān)； 步驟2，根據(jù)堆場計(jì)算模型，距離傳感器返回的距離X、激光掃描儀的安裝高度H、堆取料機(jī)大臂的長度L參數(shù)，對于圓形堆場三維點(diǎn)坐標(biāo)，即X，Y, Ζ，的計(jì)算公式可以推導(dǎo)如下
5.一種權(quán)利要求I所述的ー種固定式自動體積測量系統(tǒng)的測量方法，其特征在于，基于掃描系統(tǒng)包括兩個激光雷達(dá)掃描儀，并采用公式V沙料體積=V被測車輛滿載測量所得體積-V被測車輛空載測量所得體積； 所述第一激光雷達(dá)掃描儀用于對車輛進(jìn)行縱向掃描，第二激光雷達(dá)掃描儀用于對車輛進(jìn)行橫向掃描； 包括以下步驟 步驟I,以車輛車廂尾部起始為坐標(biāo)原點(diǎn)，車輛行駛位移為X坐標(biāo)，車輛寬度為Y坐標(biāo)，掃描儀橫向掃描車輛所得數(shù)據(jù)巾貞中各點(diǎn)高度為Z坐標(biāo),建立三維坐標(biāo)系； 步驟2，結(jié)合三維建模，分別計(jì)算車輛滿載和空載時的體積，以得到物料體積。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種固定式自動體積測量系統(tǒng)的測量方法，其特征在于，所述的步驟I中，建立坐標(biāo)的具體方法如下 建立X坐標(biāo)，即車輛位移坐標(biāo) 所述第一激光雷達(dá)掃描儀用于動態(tài)縱向掃描車輛頂部區(qū)域，根據(jù)掃描數(shù)據(jù)計(jì)算出車輛位移并和橫向掃描斷面組成對應(yīng)關(guān)系； 建立Y坐標(biāo)，即車輛寬度； 定義車輛AB=AC+CB ；AC=OA*sin Θ，其中AC=CB, Θ為第一激光雷達(dá)掃描儀的掃描偏轉(zhuǎn)角度，OA為第一激光雷達(dá)掃描儀與車輛邊緣的直線距離； 建立Z坐標(biāo),即橫向掃描所得各掃描點(diǎn)高度 所述第二激光雷達(dá)掃描儀用于橫向掃描車輛頂部區(qū)域，定義第二激光雷達(dá)掃描儀掃描到被測車輛A點(diǎn)，A點(diǎn)與地面垂直距離為h，h=0H-0A*cos θ，其中，OH為第一激光雷達(dá)掃描儀與地面的垂直距離。
7.—種權(quán)利要求I所述的ー種固定式自動體積測量系統(tǒng)的測量方法，其特征在于，基于掃描系統(tǒng)包括三個激光雷達(dá)掃描儀，并采用公式V沙料體積=V被測車輛滿載測量所得體積-V被測車輛空載測量所得體積；并且定義SI、S2、S3分別表示三個激光雷達(dá)掃描儀，其中SI、S2用于掃描車輛的截面，S3用于掃描車輛的長度，包括以下步驟 步驟1，SI、S2從兩個側(cè)頂部掃描車輛的界面，確保界面沒有陰影； 步驟2，將掃描獲得的車輛輪廓所包含所有掃描點(diǎn)都轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)系的坐標(biāo)點(diǎn)，分別記錄其坐標(biāo)X值和Y值，對掃描車輛輪廓的所有掃描點(diǎn)，對其坐標(biāo)X值和Y值分別比較，獲得其X值最大值Xmax和Y值最大值Ymax ；X值最小值Xmin和Y值最小值Ymin ;即可確定車輛的寬度 L=Xmax-Xmin ;高度 H=Ymax-Ymin ； 步驟3，S3從車輛前端掃描至車輛尾端，確保界面沒有陰影，將掃描獲得的車輛輪廓所包含所有掃描點(diǎn)都轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)，分別記錄其坐標(biāo)S值，對其坐標(biāo)S值比較，獲得其S值最大值Smax和S值最小值Smin,則車輛長度S=Smax-Smin ； 步驟4，通過將每個截面與車長的積分，描繪出車輛的三維輪廓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種固定式自動體積測量系統(tǒng)及其測量方法。本發(fā)明是一個基于多傳感器集成的自動化測量計(jì)算系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由多傳感器同步控制采集器控制標(biāo)簽閱讀器、高速激光掃描儀并和工控機(jī)同步通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。采集后的數(shù)據(jù)經(jīng)過控制器初步處理，過濾掉無效的數(shù)據(jù)且利用實(shí)時時間授時標(biāo)記后，迅速傳輸?shù)焦た貦C(jī)，通過運(yùn)行于工控機(jī)上的計(jì)算處理軟件，借助三維坐標(biāo)計(jì)算算法計(jì)算三維坐標(biāo)，結(jié)合三維建模算法進(jìn)行車載物料堆體建模，然后計(jì)算出被測車載物料體積。因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.能夠快速、自動識別物料運(yùn)輸車輛的方法替代傳統(tǒng)的全天候值守、手工記錄運(yùn)輸車輛；2.快速、準(zhǔn)確測量車載物料體積；3.有效管理物料運(yùn)輸車輛及物料。
文檔編號G01B11/00GK102980512SQ201210310530
公開日2013年3月20日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者李清泉, 何莉, 曹民, 張德津, 張志剛, 章麗萍, 李慶坤, 李輝, 文藝, 劉覲鋒 申請人:武漢武大卓越科技有限責(zé)任公司