一種自動化堆場雷射測量裝置及其使用方法
2023-05-15 19:58:36 2
專利名稱：一種自動化堆場雷射測量裝置及其使用方法
技術領域：
本發明涉及一種雷射測量裝置及其使用方法，尤其是涉及一種自動化堆場雷射測量裝置及其使用方法。
背景技術：
大型料場盤存一般有如下幾種方法(1)基於距離測量儀的人工測點獲取三維坐標法，該方法測量前需要人工整形，周期長、精度低、人為因素大( 基於勻速運動，根據時間平均計算移動距離，結合掃描儀斷面計算三維坐標法，該方法簡單假設測量載體勻速運動，在測量過程中測量設備不產生任何角度和速度變化，在實際測量中難以滿足要求(3) 基於多傳感器集成，同步獲取測量載體移動距離、旋轉角度和二維斷面計算三維坐標法，該方法允許測量載體進行非勻速和可變角度方式進行測量，測量數據每個斷面都包含距離和角度信息，精度高、速度快，易於操作，是最有推廣價值的方法。在現有盤存測量系統的基礎上，大型料場盤存測量需解決如下幾個問題(1)大型料場盤存測量都依靠移動測量載體，為達到遠程控制目的，需要建立通訊環境。而現場無法布線架設有線網絡，同時由於強電磁幹擾以及建築遮擋，也無法利用遠傳電臺或其他無線方式。利用公用通訊網絡是最合理的選擇方式，但由於3G路由器設備需要連接固定 IP位址，且在多個設備互聯時要求設備互相指定被連設備IP位址。通常可以通過申請固定IP或每次使用手動獲取待連設備IP位址，然後寫入設備在使用，導致使用複雜或成本提高。(2)原有的料場盤存測量系統只考慮掃描儀、水平位移傳感器、水平旋轉傳感器，沒有考慮垂直方向位移和視頻傳輸傳感器。導致測量誤差較大和作業困難。( 隨著自動化料場的普及，傳統完全盤存測量方式已經開始落後，局部盤存測量或實時測量將是未來趨勢。同時，現代化料場往往需要配比摻燒，而在一個大型料場如何移動到需要取料的位置，是目前料場取料作業的難題。(4)料場局部盤存測量和實時測量的推廣，需要研究料場數據處理算法，同時，實時盤存需要更高頻率的採集斷面數據和更多類型的數據，需要研究數據的同步和高頻率採集算法。( 沒有統一的料場坐標系和任意料場三維坐標計算公式。
發明內容
本發明主要是解決現有技術所存在的技術問題；提供了一種首次發明了 IP橋接伺服器技術，利用軟體方案解決了 3G路由器設備的動態互聯問題，為遠程無線控制提供了可行方案，大大節省了實施費用的一種自動化堆場雷射測量裝置及其使用方法。本發明還有一目的是解決現有技術所存在的等的技術問題；提供了一種採用水平位移傳感器、水平旋轉傳感器、垂直位移傳感器來準確定位掃描儀的工作姿態，同時採用 GPS授時準確保證各傳感器數據嚴格同步，對於各傳感器工作時序不一致問題，採用環形緩衝區技術，實現了異步數據採集與存儲的一種自動化堆場雷射測量裝置及其使用方法。本發明再有一目的是解決現有技術所存在的技術問題；提供了一種建立了統一的料場坐標系和料場空間模型，推導了統一的料場三維坐標計算公式，解決了不同料場、不同情形料場三維坐標結算問題的一種自動化堆場雷射測量裝置及其使用方法。本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的一種自動化堆場雷射測量裝置，其特徵在於，包括同步控制採集器用於控制所有傳感器，從傳感器獲取採集到的數據，同時實現遠程控制和數據傳輸；與所述同步控制採集器連接的雷射掃描儀用於掃描堆場斷面；同時與所述同步控制採集器和雷射掃描儀連接的水平位移傳感器實時獲取雷射掃描儀掃描堆場斷面時掃描儀的行走距離；同時與所述同步控制採集器和雷射掃描儀連接的水平旋轉傳感器實時獲取雷射掃描儀掃描堆場斷面時掃描儀與軌道的夾角；同時與所述同步控制採集器和雷射掃描儀連接的垂直位移傳感器實時獲取雷射掃描儀掃描堆場斷面時掃描儀與垂直面的夾角；同時與所述同步控制採集器和雷射掃描儀連接的視頻傳感器實時獲取被測堆場周圍視頻信息；與所述同步控制採集器連接的GPS模塊用於對每次採集的數據進行實時授時標記；與所述同步控制採集器連接的伺服器系統遠程獲取採集的數據並對採集數據進行建模，然後計算出被測堆場體積。在上述的一種自動化堆場雷射測量裝置，所述的伺服器系統包括與上述同步控制採集器連接的的客戶端3G路由器用於實現通過公用通訊網絡建立與伺服器的連結，實現數據遠程無線傳輸；通過一無線基站與所述客戶端3G路由器無線連接的伺服器端3G路由器用於在沒有固定IP位址的情況下，實現同步控制採集器與數據伺服器端的網絡連接，實現數據遠程無線傳輸；同時與所述客戶端3G路由器和伺服器端3G路由器連接的IP橋接伺服器用於保存所有3G路由器的IP信息，使伺服器端3G路由器在需要的情況下與客戶端3G路由器連接；與所述伺服器端3G路由器連結的後臺伺服器通過伺服器端3G路由器實時獲取遠程採集的數據並對採集數據進行建模，然後計算出被測堆場體積。在上述的一種自動化堆場雷射測量裝置，所述的同步控制採集器包括ARM微處理器；GPS接收驅動電路接收外部GPS授時信號，傳輸給ARM微控制器；與所述ARM微處理器連接的實時時鐘電路根據系統設置的時間間隔，每隔一定的時間，系統根據GPS信號傳輸的時間對實時時鐘進行校時；與所述ARM微處理器連接的SD卡驅動電路支持系統使用標準SD卡，系統在採集數據的過程中，既可以實現實時數據傳輸，又能對採集所得數據進行存檔；與所述ARM微處理器連接的乙太網驅動電路用於同步控制採集器通過乙太網連接雷射掃描儀和視屏傳感器，實現數據的高速採集和傳輸；與所述ARM微處理器連接的串口 1驅動電路用於同步控制採集器連接水平位移傳感器；與所述ARM微處理器連接的串口 2驅動電路用於同步控制採集器連接水平旋轉傳感器；與所述ARM微處理器連接的串口 3驅動電路用於同步控制採集器連接垂直位移傳感器；與所述ARM微處理器連接的人機界面驅動電路用於支持顯示屏及界面按鈕操作；與所述ARM微處理器連接的電源電路為同步控制採集器供電。一種自動化堆場雷射測量裝置的使用方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟1，由雷射掃描儀、水平位移傳感器、水平旋轉傳感器、垂直位移傳感器、視頻傳感器進行被測堆場的數據採集；並將採集的數據傳輸給上述同步控制採集器；步驟2，同步控制採集器將採集的數據經過初步處理，過濾完全無效的數據且利用 GPS模塊授時標記後，傳輸到伺服器系統的後臺伺服器；步驟3，後臺伺服器藉助三維坐標計算算法計算三維坐標，通過三維建模算法進行建模，最後計算出被測堆場體積。在上述的一種自動化堆場雷射測量裝置的使用方法，所述的步驟2中，同步控制採集器將採集數據傳輸到伺服器系統的具體方法包括以下步驟步驟2. 1，伺服器端3G路由器設備在橋接伺服器上註冊自身的IP與埠信息，伺服器端3G路由器設備連至IP橋接伺服器，並向IP橋接伺服器發送唯一編碼及作為伺服器時開放的埠，IP橋接伺服器在接收3G路由設備連接時即可獲取對方的IP位址，由此，IP 橋接伺服器可將由唯一編碼標識的3G路由器設備的IP信息存儲下來，伺服器端3G路由器設備完成了自身的IP與埠信息註冊後，即等待客戶端3G路由器設備的連接；步驟2. 2，客戶端3G路由器設備獲取伺服器端3G路由器設備IP與埠信息並建立連接，客戶端3G路由器連接至IP橋接伺服器，並向其發送唯一編碼，IP橋接伺服器通過查詢3G路由器設備連接關係表，得到伺服器端3G路由器設備的唯一編碼，再根據該唯一編碼獲得其IP位址與埠信息，並將該信息發送給客戶端3G路由器設備，此時，客戶端3G路由器設備即可連接至伺服器端3G路由器設備；步驟2. 3，客戶端3G路由器將採集數據實時傳輸給伺服器端3G路由器，再由伺服器端3G路由器傳輸給後臺伺服器。在上述的一種自動化堆場雷射測量裝置的使用方法，所述的步驟3中，後臺伺服器藉助三維坐標計算算法計算三維坐標的基於定義首先建立堆場測量平面坐標系Χ0Υ， 平面坐標系根據測量現場的堆場包絡矩形建立，具體坐標(X，Y)值由距離傳感器和角度傳感器根據堆取料機大臂參數換算提供；其次建立堆場Z軸，其值由高速雷射掃描儀測量值結合俯仰角度傳感器角度、堆取料機大臂長度進行換算得到；對於長形堆場，定義原點0為堆場包絡矩形的某個角，X為堆取料機行走軌道；對於圓形堆場，定義原點0為圓形堆場的中心點，為固定點，Y為選定的0角度點；然後根據堆場計算模型，距離傳感器返回的距離X、 雷射掃描儀的安裝高度H、堆取料機大臂的長度L等參數，計算三維坐標，基於以下公式統一堆場三維坐標為
權利要求
1.一種自動化堆場雷射測量裝置，其特徵在於，包括同步控制採集器用於控制所有傳感器，從傳感器獲取採集到的數據，同時實現遠程控制和數據傳輸；與所述同步控制採集器連接的雷射掃描儀用於掃描堆場斷面； 同時與所述同步控制採集器和雷射掃描儀連接的水平位移傳感器實時獲取雷射掃描儀掃描堆場斷面時掃描儀的行走距離；同時與所述同步控制採集器和雷射掃描儀連接的水平旋轉傳感器實時獲取雷射掃描儀掃描堆場斷面時掃描儀與軌道的夾角；同時與所述同步控制採集器和雷射掃描儀連接的垂直位移傳感器實時獲取雷射掃描儀掃描堆場斷面時掃描儀與垂直面的夾角；同時與所述同步控制採集器和雷射掃描儀連接的視頻傳感器實時獲取被測堆場周圍視頻信息；與所述同步控制採集器連接的GPS模塊用於對每次採集的數據進行實時授時標記； 與所述同步控制採集器連接的伺服器系統遠程獲取採集的數據並對採集數據進行建模，然後計算出被測堆場體積。
2.根據權利要求1所述的一種自動化堆場雷射測量裝置，其特徵在於，所述的伺服器系統包括與上述同步控制採集器連接的的客戶端3G路由器用於實現通過公用通訊網絡建立與伺服器的連結，實現數據遠程無線傳輸；通過一無線基站與所述客戶端3G路由器無線連接的伺服器端3G路由器用於在沒有固定IP位址的情況下，實現同步控制採集器與數據伺服器端的網絡連接，實現數據遠程無線傳輸；同時與所述客戶端3G路由器和伺服器端3G路由器連接的IP橋接伺服器用於保存所有3G路由器的IP信息，使伺服器端3G路由器在需要的情況下與客戶端3G路由器連接；與所述伺服器端3G路由器連結的後臺伺服器通過伺服器端3G路由器實時獲取遠程採集的數據並對採集數據進行建模，然後計算出被測堆場體積。
3.根據權利要求1所述的一種自動化堆場雷射測量裝置，其特徵在於，所述的同步控制採集器包括ARM微處理器；GPS接收驅動電路接收外部GPS授時信號，傳輸給ARM微控制器； 與所述ARM微處理器連接的實時時鐘電路根據系統設置的時間間隔，每隔一定的時間，系統根據GPS信號傳輸的時間對實時時鐘進行校時；與所述ARM微處理器連接的SD卡驅動電路支持系統使用標準SD卡，系統在採集數據的過程中，既可以實現實時數據傳輸，又能對採集所得數據進行存檔；與所述ARM微處理器連接的乙太網驅動電路用於同步控制採集器通過乙太網連接雷射掃描儀和視屏傳感器，實現數據的高速採集和傳輸；與所述ARM微處理器連接的串口 1驅動電路用於同步控制採集器連接水平位移傳感器；與所述ARM微處理器連接的串口 2驅動電路用於同步控制採集器連接水平旋轉傳感器；與所述ARM微處理器連接的串口 3驅動電路用於同步控制採集器連接垂直位移傳感器；與所述ARM微處理器連接的人機界面驅動電路用於支持顯示屏及界面按鈕操作；與所述ARM微處理器連接的電源電路為同步控制採集器供電。
4.一種權利要求1所述的自動化堆場雷射測量裝置的使用方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟1，由雷射掃描儀、水平位移傳感器、水平旋轉傳感器、垂直位移傳感器、視頻傳感器進行被測堆場的數據採集；並將採集的數據傳輸給上述同步控制採集器；步驟2，同步控制採集器將採集的數據經過初步處理，過濾完全無效的數據且利用GPS 模塊授時標記後，傳輸到伺服器系統的後臺伺服器；步驟3，後臺伺服器藉助三維坐標計算算法計算三維坐標，通過三維建模算法進行建模，最後計算出被測堆場體積。
5.根據權利要求4所述的一種自動化堆場雷射測量裝置的使用方法，其特徵在於，所述的步驟2中，同步控制採集器將採集數據傳輸到伺服器系統的具體方法包括以下步驟步驟2. 1，伺服器端3G路由器設備在橋接伺服器上註冊自身的』與埠信息，伺服器端 3G路由器設備連至IP橋接伺服器，並向IP橋接伺服器發送唯一編碼及作為伺服器時開放的埠，IP橋接伺服器在接收3G路由設備連接時即可獲取對方的IP位址，由此，IP橋接伺服器可將由唯一編碼標識的3G路由器設備的IP信息存儲下來，伺服器端3G路由器設備完成了自身的IP與埠信息註冊後，即等待客戶端3G路由器設備的連接；步驟2. 2，客戶端3G路由器設備獲取伺服器端3G路由器設備IP與埠信息並建立連接，客戶端3G路由器連接至IP橋接伺服器，並向其發送唯一編碼，IP橋接伺服器通過查詢 3G路由器設備連接關係表，得到伺服器端3G路由器設備的唯一編碼，再根據該唯一編碼獲得其IP位址與埠信息，並將該信息發送給客戶端3G路由器設備，此時，客戶端3G路由器設備即可連接至伺服器端3G路由器設備；步驟2. 3，客戶端3G路由器將採集數據實時傳輸給伺服器端3G路由器，再由伺服器端 3G路由器傳輸給後臺伺服器。
6.根據權利要求4所述的一種自動化堆場雷射測量裝置的使用方法，其特徵在於，所述的步驟3中，後臺伺服器藉助三維坐標計算算法計算三維坐標的基於定義首先建立堆場測量平面坐標系Χ0Υ，平面坐標系根據測量現場的堆場包絡矩形建立，具體坐標(X，Y)值由距離傳感器和角度傳感器根據堆取料機大臂參數換算提供；其次建立堆場Z軸，其值由高速雷射掃描儀測量值結合俯仰角度傳感器角度、堆取料機大臂長度進行換算得到；對於長形堆場，定義原點0為堆場包絡矩形的某個角，X為堆取料機行走軌道；對於圓形堆場，定義原點0為圓形堆場的中心點，為固定點，Y為選定的0角度點；然後根據堆場計算模型，距離傳感器返回的距離X、雷射掃描儀的安裝高度H、堆取料機大臂的長度L等參數，計算三維坐標，基於以下公式統一堆場三維坐標為
7.根據權利要求1所述的一種自動化堆場雷射測量裝置的使用方法，其特徵在於，所述步驟3中，後臺伺服器進行建模的具體方法如下對於長形堆場，定義L為大臂長度即雷射掃描儀到鬥輪機旋轉中心的距離，其中垂直傳感器角度L = L』*sin δ ；D為雷射掃描儀測距值即被測點到雷射掃描儀的距離；H為雷射掃描儀到地面的高度；α為雷射掃描儀與水平面的夾角；β為大臂與軌道的夾角；Y 為雷射掃描斷面與軌道的夾角；θ為掃描斷面與雷射掃描儀的夾角，此角度與掃描方向有關；對於圓形堆場，由於堆取料機圍繞旋轉中心轉動，所以沒有距離傳感器獲取距離數據， 只需要考慮雷射掃描儀與水平面夾角、掃描斷面與掃描儀本身夾角，即定義L為大臂長即雷射掃描儀到鬥輪機旋轉中心的距離，其中垂直傳感器角度L = L』 *sin δ，D為雷射掃描儀測距值即被測點到掃描儀的距離；H為雷射掃描儀到地面的高度；α為雷射掃描儀與水平面的夾角；Y為掃描斷面與χ軸方向的夾角；θ為掃描斷面與雷射掃描儀的夾角，此角度與掃描方向有關。
8.根據權利要求1所述的一種自動化堆場雷射測量裝置的使用方法，其特徵在於，所述的後臺伺服器包括一個料場盤存測量管理模塊，所述料場盤存測量管理模塊包括依次相連的數據採集單元將同步控制採集器採集到的數據轉換成本軟體所支持的格式；圖形顯示單元將掃描到的堆場以三維的形式顯示出來；數據處理單元數據處理主要包括三部分內容，體積計算、堆體分割、堆體合併；體積計算單元主要經過坐標計算，三維建網，最終計算出堆體的體積；堆體分割單元在同一個堆場裡會堆放不同品質的物料，為了掌握不同物料的體積，提供基於圖形的堆體分割功能；堆體合併單元針對超寬形堆場一次數據採集不能將其進行完整掃描，必需分開進行掃描，但在數據管理合併中為了與電廠的管理系統保持一致提供此功能來實現兩次掃描數據的合併；查詢統計單元對歷史數據的查詢與統計分析；報表輸出單元對堆場的統計數據進行報表輸出；參數設置單元對盤存裝置的初始狀態，堆體的屬性，報表的輸出路徑等參數進行設置；權限管理單元對軟體的功能以及軟體的使用權限進行管理。
全文摘要
本發明涉及一種自動化堆場雷射測量裝置及其使用方法。本發明主要由多傳感器同步控制採集器控制高速雷射掃描儀、水平位移傳感器、水平旋轉傳感器、垂直位移傳感器、視頻傳感器實現數據採集。採集後的數據經過控制器初步處理，過濾完全無效的數據且利用GPS模塊授時標記後，通過集成的3G無線通訊模塊傳輸到後臺伺服器，通過上位機軟體，藉助三維坐標計算算法計算三維坐標，通過三維建模算法進行建模，然後計算出被測物料體積。優點如下對於各傳感器工作時序不一致問題，採用環形緩衝區技術，實現了異步數據採集與存儲；解決了3G路由器設備的動態互聯問題，為遠程無線控制提供了可行方案，節省了實施費用。
文檔編號H04L12/56GK102425991SQ201110272479
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月15日 優先權日2011年9月15日
發明者何莉, 張德津, 李必軍, 王新林, 馬斌 申請人:武漢武大卓越科技有限責任公司