无人机大宗货物体积在线测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种无人机大宗货物体积在线测量系统，包括沿大宗货物上空飞行的无人机、对大宗货物表面扫描的激光扫描模块、无人机定位模块和上位机；其中，无人机定位模块包括设置在无人机的特定光源、对特定光源拍摄的双目摄像头、与双目摄像头连接的工控机，双目摄像头设置在相对大宗货物已知高度的位置；上位机与嵌入式设备和工控机连接。本实用新型专利技术采用无人机技术，相比于传统龙门取料机等设备不受场地限制，方便灵活，适应环境能力强，成本低廉；采用高精度激光雷达和双目摄像头进行数据采集，精度高、可靠性强，测量精度误差达到了正负百分之五以内，相比于其他测量方式更为精准。

【技术实现步骤摘要】
无人机大宗货物体积在线测量系统
本技术涉及信息录入系统
，更具体地说，本技术涉及一种无人机大宗货物体积在线测量系统。
技术介绍
当前，大宗货物(煤堆，粮食堆等)的体积测量是现代化管理中的一个重要环节，快速、准确、简便地测量出大宗货物的体积对货物的管理、估值和交易具有重要意义和应用价值。目前，国内外大宗货物体积测量方法主要有基于超声波原理的大宗货物表面测距法、基于机器视觉(双目或多目)的大宗货物表面测距法、基于激光扫描技术的大宗货物表面测距法等。但是这些方法都具有一定的局限性。例如，超声波测距法中超声波测距距离较短，精度较低，易受干扰，无法真正实现大宗货物大面积测量的需求；机器视觉测量法图像处理数据量大，实时性差，难以在各类天气场合应用；激光测量法大多受限于地面固定大型设施(如龙门取料机)，在运输过程中需要大量的人、财力和场地。因此，一种新型无人机搭载传感器对大宗货物进行三维扫描方法出现在人们的视野当中。例如，使用无人机搭载摄像头对大宗货物进行三维扫描绘图，用GPS对无人机进行定位，然后根据扫描和定位数据计算出货物体积，但是GPS定位精度尤其在垂直方向上的精度较差导致了最终体积测量结果有些许的偏差。双目立体视觉测量方法具有效率高、精度高、系统结构简单的特点，已经在机械加工、印刷机械和大孔机械等领域使用，但是尚未见将无人机、激光雷达和双目视觉应用于大宗货物体积在线测量的报道。因此，亟需设计一种无人机大宗货物体积在线测量系统以解决上述问题。
技术实现思路
本技术的一个目的是解决至少上述缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本技术的这些目的和其它优点，本技术提供一种无人机大宗货物体积在线测量系统，包括沿大宗货物上空飞行的无人机、对大宗货物表面扫描的激光扫描模块、无人机定位模块和上位机；无人机按照预先设定的轨道在大宗货物的上空飞行，安装在无人机上的激光扫描模块对大宗货物进行激光扫描，得到无人机相对大宗货物表面的距离和角度等这样的扫描数据，扫描数据传输到上位机；无人机定位模块对无人机进行定位，得到无人机的三维坐标等位置信息，位置信息传输到上位机，上位机对扫描数据和位置信息进行分析，根据设定的公式计算出货物的体积，并在屏幕显示出来。其中，为了使得定位数据更加准确，所述无人机定位模块包括设置在无人机的特定光源、对特定光源拍摄的双目摄像头、与双目摄像头连接的工控机，所述双目摄像头设置在相对大宗货物已知高度的位置，比如双目摄像头与大宗货物同一水平面设置；所述上位机与嵌入式设备和工控机连接。根据视差原理或说双目视差成像原理，安装在无人机上的特定光源如红色的光源的光线射向双目摄像头，双目摄像头中的两个成像设备从不同的位置获取无人机上的特定光源的两幅图像，为了得到更纯净的光源图像，可以选择通过安装滤光镜片滤去特定光源以外的杂光，得到纯净的光源图像，光源图像传送到工控机，工控机对图像中光源的位置进行提取，计算两幅图像中对应光源位置间的偏差，获取现实中光源相对于成像设备的空间三维坐标信息，进而得到无人机在空间中的具体位置信息。然后工控机在将位置信息传送到上位机。这种方式得到的位置信息测量精度误差达到了正负百分之五以内，相比传统的GPS定位得到的位置信息更加准确。优选的是，所述的无人机大宗货物体积在线测量系统中，所述激光扫描模块包括激光雷达和嵌入式设备，所述激光雷达设置在无人机上用于对大宗货物表面扫描，所述嵌入式设备设置在所述无人机上并与激光雷达连接。激光雷达对大宗货物表面的扫描点进行扫描得到无人机到大宗货物表面每个扫描点的距离和角度等扫描数据，扫描数据传输到嵌入式设备进行预处理，然后上传到上位机。优选的是，所述的无人机大宗货物体积在线测量系统中，还包括手持终端，所述手持终端与所述上位机无线或有线连接。方便查看计算结果和发送控制指令。优选的是，所述的无人机大宗货物体积在线测量系统中，所述手持终端为iPad或手机。优选的是，所述的无人机大宗货物体积在线测量系统中，所述嵌入式设备为NImyRIO嵌入式设备，所述嵌入式设备设置有WiFi通信模块，所述嵌入式设备通过所述WiFi通信模块与所述上位机进行无线连接。NImyRIO嵌入式设备便携性高，简单易用，减少开发人员数量、时间和成本。优选的是，所述的无人机大宗货物体积在线测量系统中，所述无人机定位模块还包括滤光镜片，所述滤光镜片设置在所述双目摄像头的正前方用于滤去特定光源以外的杂光。优选的是，所述的无人机大宗货物体积在线测量系统中，所述双目摄像头包括：第一相机和第二相机，所述第一相机和第二相机同一水平且相对一定距离设置。利于计算无人机在空间中的具体位置信息。本技术至少包括以下有益效果：本技术的无人机大宗货物体积在线测量系统采用无人机技术，相比于传统龙门取料机等设备不受场地限制，方便灵活，适应环境能力强，成本低廉。本技术的无人机大宗货物体积在线测量系统采用高精度激光雷达和双目摄像头进行数据采集，精度高、可靠性强，测量精度误差达到了正负百分之五以内，相比于其他测量方式更为精准。本技术的无人机大宗货物体积在线测量系统应用于煤堆、粮食堆等大宗货物的体积测量，也可用于其他产品的体积测量。本技术拟采用基于虚拟仪器技术的无人机搭载激光雷达对大宗货物进行三维扫描绘图，利用双目摄像头对无人机进行定位，以实现对大宗货物体积进行高精度测量的目标。首先，与其他测距方法相比，利用激光雷达测距精度高，稳定性强，适应场合范围广。其次，利用LabVIEW软件的图形化编程和强大的信号处理与数学运算功能，使得开发者可以将精力集中在定位和路径规划算法的研究而不是编程语言的识记上，借助NImyRIO嵌入式平台，能够很方便地实现激光雷达扫描测距和双目摄像头对无人机实时定位的功能。本技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为本技术所述的无人机大宗货物体积在线测量系统的模块框架图；图2本技术所述的无人机大宗货物体积在线测量系统的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。本技术的材料清单如表1所示：序号名称型号/尺寸数量1无人机大疆精灵3SE1(台)2NImyRIO13.6cm*8.9cm*2.4cm1(台)3激光雷达RPLIDARA11(台)4工业控制器NIIC31731(台)5工业相机XGY5002(台)6滤光片680nm光源2个表1NImyRIO是一款便携式嵌入式设备，可以自带WiFi模块，集成FPGA、嵌入式处理器和模块化IO，集成嵌入式C、HDL代码、.m文件脚本或其它IP核。本系统的嵌入式模块的设计，借助LabVIEW直观的图形化编程方式、灵活的RIO(可重配置I/O)硬件结构和集成的软硬件设计平台，克服了传统嵌入式系统开发对编程人员要求高、代码可读性/重复性差、硬件设计/制作/调试周期长等不足，可以使本团队更快速地开发本系统项目的嵌入式模块原型和构建正确的解决方案，从而降低设计的复杂性，减少开发人员数量、时间和成本。激光扫描模块以NImyRIO嵌入式模块为核心，开发基于光电原理的激光雷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机大宗货物体积在线测量系统，其特征在于，包括沿大宗货物上空飞行的无人机、对大宗货物表面扫描的激光扫描模块、无人机定位模块和上位机；其中，所述无人机定位模块包括设置在无人机的特定光源、对特定光源拍摄的双目摄像头、与双目摄像头连接的工控机，所述双目摄像头设置在相对大宗货物已知高度的位置；所述上位机与嵌入式设备和工控机连接。

【技术特征摘要】
1.一种无人机大宗货物体积在线测量系统，其特征在于，包括沿大宗货物上空飞行的无人机、对大宗货物表面扫描的激光扫描模块、无人机定位模块和上位机；其中，所述无人机定位模块包括设置在无人机的特定光源、对特定光源拍摄的双目摄像头、与双目摄像头连接的工控机，所述双目摄像头设置在相对大宗货物已知高度的位置；所述上位机与嵌入式设备和工控机连接。2.如权利要求1所述的无人机大宗货物体积在线测量系统，其特征在于，所述激光扫描模块包括激光雷达和嵌入式设备，所述激光雷达设置在无人机上用于对大宗货物表面扫描，所述嵌入式设备设置在所述无人机上并与激光雷达连接。3.如权利要求1所述的无人机大宗货物体积在线测量系统，其特征在于，还包括手持终端，所述手持终端与所述上位...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜迪，许海欢，黄有吉，韦善革，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：新型
国别省市：广西,45