一种粮仓粮食体积测量系统技术方案

本发明专利技术涉及一种粮仓粮食体积测量系统，包括：第一激光雷达设备、第二激光雷达设备、计算终端，所述第一激光雷达设备、第二激光雷达设备安装在粮仓内部上方两端对角线位置处，所述第一激光雷达设备、第二激光雷达设备、计算终端处于同一个局域网内，且计算终端与第一激光雷达设备、第二激光雷达设备通信连接；由于本发明专利技术在测量和计算过程中使用了第一IMU数据、第二IMU数据，在计算第一旋转矩阵、第二旋转矩阵后，将第一点云数据、第二点云数据中的任意点，由第一旋转矩阵、第二旋转矩转换为粮仓整体坐标系，相对于一维线性扫描精度更高，误差更小，能更准确的计算出粮仓体积。

【技术实现步骤摘要】
一种粮仓粮食体积测量系统
本专利技术涉及激光雷达
，尤其涉及一种粮仓粮食体积测量系统。
技术介绍
激光雷达英文全称为LightDetectionAndRanging，简称LiDAR，即光探测与测量，是一种集激光、全球定位系统(GPS)和IMU(InertialMeasurementUnit，惯性测量单元)三种技术于一身的系统，用于获得数据并生成精确的DEM(数字高程模型)。这三种技术的结合，可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑，测距精度可达厘米级。基于此优点，激光雷达广泛使用在三维重建，车路协同等应用场景。目前粮仓已经广泛使用了物联网技术，例如使用多层网格部署的温度传感器实时监控粮仓温度，使用高清摄像头监控粮仓画面。目前也存在使用摄像头或者红外线检测粮仓粮食体积的方法，但是这些方法都是通过采集粮仓边缘数个点高度，近似粮仓为平整状态，精度较低，且需要在粮仓内安装导轨，安装流程复杂。又如申请号为“CN201210224186.X”的专利技术专利公开了一种基于动态三维激光扫描的大型不规则散粮堆体积测量方法，其具体步骤如下：首先在粮仓顶部中间位置，沿宽度方向布置导轨；导轨上设有步进电机控制的滑块，激光雷达扫描仪安装在滑块上；滑块从粮仓顶部一端匀速移动至另一端，滑块带动激光雷达扫描仪完成整个散粮堆表面的扫描；激光雷达装置为一维扫描装置，实现线扫描并返回坐标数据；主控制电脑用于给步进电机发射脉冲，对信号进行处理；主控制电脑得到散粮堆表面的点云数据，根据用户对粮堆测量所允许的误差值，确定用以计算体积的被扫描点的分布密度，根据用户提供粮食密度，计算散粮堆重量。该专利方案较为复杂，需要用到导轨，同时计算精度较差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有粮仓体积测量精度较差的问题。本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种粮仓粮食体积测量系统，包括：第一激光雷达设备、第二激光雷达设备、计算终端，所述第一激光雷达设备、第二激光雷达设备安装在粮仓内部上方两端对角线位置处，所述第一激光雷达设备、第二激光雷达设备、计算终端处于同一个局域网内，且计算终端与第一激光雷达设备、第二激光雷达设备通信连接；第一激光雷达设备采集第一IMU数据、第一位置数据、第一点云数据，第二激光雷达设备采集第二IMU数据、第二位置数据、第二点云数据；计算终端接收第一IMU数据、第二IMU数据，并分别计算第一IMU数据、第二IMU数据得到对应的第一旋转矩阵、第二旋转矩阵。计算终端获取第一激光雷达设备、第二激光雷达设备分别采集的第一位置数据与第一点云数据、第二位置数据与第二点云数据，并通过第一旋转矩阵、第一位置数据、第一点云数据获取相对于粮仓的第一坐标P1’，通过第二旋转矩阵、第二位置数据与第二点云数据获取相对于粮仓的第二坐标P2’；计算终端判断第一坐标P1’、第二坐标P2’是否位于粮仓内，将处于粮仓外的坐标排除，并将第一点云数据、第二点云数据中的噪点数据删除，剩余的第一坐标P1’、第二坐标P2’合并配准生成粮食模拟图；计算终端将粮食模拟图划分成若干个网格，对所有网格体积求和，得到粮仓所有粮食的体积。由于本专利技术在测量和计算过程中使用了第一IMU数据、第二IMU数据，在计算第一旋转矩阵、第二旋转矩阵后，并通过第一旋转矩阵、第一位置数据、第一点云数据获取相对于粮仓的第一坐标P1’，通过第二旋转矩阵、第二位置数据与第二点云数据获取相对于粮仓的第二坐标P2’(即将点由粮食相对于雷达的坐标系转换为粮食相对于粮仓的整体坐标系)，根据第一坐标P1’、第二坐标P2’合并配准生成粮食模拟图得到粮食体积，相对于一维线性扫描精度更高，误差更小，能更准确的计算出粮仓体积。作为本专利技术进一步的方案：所述第一IMU数据、第二IMU数据分别由安装于粮仓内部的第一激光雷达设备、第二激光雷达设备采集。作为本专利技术进一步的方案：将第一IMU数据或者第二IMU数据利用Madgwick算法计算出一个四元数q＝[q0，q1，q2、q3]；该四元数用于三轴陀螺仪或者三轴加速度计或者三轴磁力计旋转后的位置；所述第一IMU数据或者第二IMU数据为N1x、N1y、N1z，N2x、N2y、N2z…Nnx、Nny、Nnz，n为任意正整数；将基于第一IMU数据或者第二IMU数据计算得到对应的四元数分别代入公式(1)，通过公式(1)获取第一旋转矩阵R1或者第二旋转矩阵R2；通过公式(2)将R1、R2得到为R1'、R2'；公式(2)为：作为本专利技术进一步的方案：通过第一旋转矩阵与第一点云数据获取相对于粮仓的第一坐标P1’包括：所述第一点云数据、第二点云数据中包括若干个点，对于任意一点的坐标为P＝(x，y，z)，则第一激光雷达设备在粮仓内的坐标相对于粮仓的第一坐标P1’＝P*R1'–第一位置数据；作为本专利技术进一步的方案：通过第二旋转矩阵与第二点云数据获取相对于粮仓的第二坐标P2’包括：第二点云数据中包括若干个点，对于任意一点的坐标为P1＝(x1，y1，z1)，第二激光雷达设备在粮仓内的坐标相对于粮仓的第二坐标P2’＝P1*R2'–第二位置数据。作为本专利技术进一步的方案：所述将粮食模拟图划分成若干个网格包括：将粮食模拟图按照x*y划分网格。作为本专利技术进一步的方案：对所有网格体积求和包括：计算终端统计每个网格的粮食相对于粮仓高度h，计算出每个网格粮食体积x*y*h后求和。作为本专利技术进一步的方案：所述计算终端为个人电脑、膝上型便携计算机或者台式计算机。作为本专利技术进一步的方案：所述第一激光雷达设备、第二激光雷达设备中心指向粮仓中心，且水平方向调平。作为本专利技术进一步的方案：所述计算终端部署于粮仓园区办公区域。作为本专利技术进一步的方案：所述第一激光雷达设备、第二激光雷达设备、计算终端处于同一个局域网内。本专利技术的优点在于：1、在测量和计算过程中使用了第一IMU数据、第二IMU数据，在计算第一旋转矩阵、第二旋转矩阵后，并通过第一旋转矩阵、第一位置数据、第一点云数据获取相对于粮仓的第一坐标P1’，通过第二旋转矩阵、第二位置数据与第二点云数据获取相对于粮仓的第二坐标P2’(即将点由粮食相对于雷达的坐标系转换为粮食相对于粮仓的整体坐标系)，根据第一坐标P1’、第二坐标P2’合并配准生成粮食模拟图得到粮食体积，能更准确的计算出粮仓体积。2、本专利技术在测量和计算过程中使用了第一IMU数据、第二IMU数据，在计算第一旋转矩阵、第二旋转矩阵后，将第一点云数据、第二点云数据中的任意点，由第一旋转矩阵、第二旋转矩转换为粮仓整体坐标系(即将点由雷达坐标系转换为粮仓整体坐标系)，相对于一维线性扫描精度更高，误差更小，能更准确的计算出粮仓体积。3、相对于现有的测量方法，由于所使用的激光雷达厘米级别的定位精度，本方法测量精度更高。4、.相对于现有的测量方法，本方法将第一激光雷达、第二激光雷达安装在粮仓的对角位置，通过合成多个雷达本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粮仓粮食体积测量系统，其特征在于，包括：/n第一激光雷达设备、第二激光雷达设备、计算终端，所述第一激光雷达设备、第二激光雷达设备安装在粮仓内部上方两端对角线位置处，所述第一激光雷达设备、第二激光雷达设备、计算终端处于同一个局域网内，且计算终端与第一激光雷达设备、第二激光雷达设备通信连接；/n第一激光雷达设备采集第一IMU数据、第一位置数据、第一点云数据，第二激光雷达设备采集第二IMU数据、第二位置数据、第二点云数据；/n其中，第一位置数据为(px1,py1,pz1)，第二位置数据为(px2,py2,pz2)；/n计算终端接收第一IMU数据、第二IMU数据，并分别计算第一IMU数据、第二IMU数据得到对应的第一旋转矩阵、第二旋转矩阵；/n计算终端获取第一位置数据与第一点云数据、第二位置数据与第二点云数据，并通过第一旋转矩阵、第一位置数据与第一点云数据获取相对于粮仓的第一坐标P1’，通过第二旋转矩阵、第二位置数据与第二点云数据获取相对于粮仓的第二坐标P2’；/n计算终端判断第一坐标P1’、第二坐标P2’是否位于粮仓内，将处于粮仓外的坐标排除，并将第一点云数据、第二点云数据中的噪点数据删除，剩余的第一坐标P1’、第二坐标P2’合并配准生成粮食模拟图；/n计算终端将粮食模拟图划分成若干个网格，对所有网格体积求和，得到粮仓所有粮食的体积。/n...

【技术特征摘要】
1.一种粮仓粮食体积测量系统，其特征在于，包括：
第一激光雷达设备、第二激光雷达设备、计算终端，所述第一激光雷达设备、第二激光雷达设备安装在粮仓内部上方两端对角线位置处，所述第一激光雷达设备、第二激光雷达设备、计算终端处于同一个局域网内，且计算终端与第一激光雷达设备、第二激光雷达设备通信连接；
第一激光雷达设备采集第一IMU数据、第一位置数据、第一点云数据，第二激光雷达设备采集第二IMU数据、第二位置数据、第二点云数据；
其中，第一位置数据为(px1,py1,pz1)，第二位置数据为(px2,py2,pz2)；
计算终端接收第一IMU数据、第二IMU数据，并分别计算第一IMU数据、第二IMU数据得到对应的第一旋转矩阵、第二旋转矩阵；
计算终端获取第一位置数据与第一点云数据、第二位置数据与第二点云数据，并通过第一旋转矩阵、第一位置数据与第一点云数据获取相对于粮仓的第一坐标P1’，通过第二旋转矩阵、第二位置数据与第二点云数据获取相对于粮仓的第二坐标P2’；
计算终端判断第一坐标P1’、第二坐标P2’是否位于粮仓内，将处于粮仓外的坐标排除，并将第一点云数据、第二点云数据中的噪点数据删除，剩余的第一坐标P1’、第二坐标P2’合并配准生成粮食模拟图；
计算终端将粮食模拟图划分成若干个网格，对所有网格体积求和，得到粮仓所有粮食的体积。


2.根据权利要求2所述的粮仓粮食体积测量系统，其特征在于，
将第一IMU数据或者第二IMU数据利用Madgwick算法计算出一个四元数q＝[q0，q1，q2、q3]；
第一IMU数据或者第二IMU数据为N1x、N1y、N1z，N2x、N2y、N2z…Nnx、Nny、Nnz，n为任意正整数；
将基于第一IMU数据或者第二IMU数据计算得到对应的四元数分别代入公式(1)，通过公式(1)获取R1或者第二旋转矩阵R2；



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【专利技术属性】
技术研发人员：张焱，施逸，杨东，李汪红，
申请(专利权)人：合肥达朴汇联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34