一种获取料堆高程模型的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种获取料堆高程模型的方法及系统，该方法包括以下步骤：分别获取毫米波雷达、双天线差分北斗传感器和角编码器采集的数据；对所述毫米波雷达、双天线差分北斗传感器和角编码器采集的数据进行坐标系的转换和联合解算，得到料堆的原始点云数据；对所述原始点云数据进行预处理，得到预处理后的点云数据；利用基于三角剖分的差值算法对所述预处理后的点云数据进行处理，得到堆料高程模型。本发明专利技术具有很好的环境适应性、稳定性、便捷性和低成本等特点，能够满足实际的项目需求。能够满足实际的项目需求。能够满足实际的项目需求。

【技术实现步骤摘要】
一种获取料堆高程模型的方法及系统


[0001]本专利技术涉及毫米波雷达检测
，特别是涉及一种获取料堆高程模型的方法及系统。

技术介绍

[0002]在国内外新型智能化散杂货港口中，港口散杂货的周转量日益增长，提高周转效率是港口面临最重要的问题，散杂货的快速、高效的无人化机械堆取是港口未来的发展方向，全天候、快速的、便捷的和稳定的得到料堆在堆场的三维数据是实现堆取料机全自动化的关键部分。全自动化的的堆取物料技术发展缓慢，最主要的原因是港口恶劣的环境难以全天候的获取料堆的三维数据，在现有技术手段下，由于料堆高度不同、体积较大和材质反射效率低等特性，导致非接触方式难以准确有效获取数据和测量。
[0003]而且，在大型散杂货堆场，堆取的物料主要有块状、颗粒状的货物，采用的是基于轨道的大型斗轮取料机和堆料机，这些大型机械堆取设备目前大多数需要人工操作，造成了人工成本居高不下问题，所以国内外的散杂货港口都在对堆取料机进行自动化改造，首要问题就是在现有的设备上增加仪器，获取料堆的三维数据，目前，料堆表面三维数据的获取和体积测量方法主要有激光测量、计算机视觉测量等，但是基于激光和视觉的方法不能够满足在雾雨雪天气以及沙尘环境的环境下正常工作。
[0004]因此，如何设计一种能够提高设备的环境适应能力，并且能够高效获取料堆的高程模型的方法及系统，成为本领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种获取料堆高程模型的方法及系统，能够提高设备的环境适应能力，并且能够高效获取料堆的高程模型。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种获取料堆高程模型的方法，该方法包括以下步骤：
[0008]分别获取毫米波雷达、双天线差分北斗传感器和角编码器采集的数据；所述毫米波雷达安装于堆料机的出料口；所述双天线差分北斗传感器安装于堆料机的回转平台上；所述角编码器安装于堆料机的大臂上；
[0009]对所述毫米波雷达、双天线差分北斗传感器和角编码器采集的数据进行坐标系的转换和联合解算，得到料堆的原始点云数据；
[0010]对所述原始点云数据进行预处理，得到预处理后的点云数据；
[0011]利用基于三角剖分的差值算法对所述预处理后的点云数据进行处理，得到堆料高程模型。
[0012]可选的，所述分别获取毫米波雷达、双天线差分北斗传感器和角编码器采集的数据，具体包括：
[0013]将所述堆料机的大臂俯仰到预设值；
[0014]以不同的回转角往复的走行，分别获取料堆表面坐标信息、回转中心在堆场坐标系的位置数据及堆料机大臂的俯仰角和回转角数据；
[0015]将所述料堆表面坐标信息、所述回转中心在堆场坐标系的位置数据及所述堆料机大臂的俯仰角和回转角数据进行存储；
[0016]将存储的数据发送到数据处理服务器。
[0017]可选的，所述对所述毫米波雷达、双天线差分北斗传感器和角编码器采集的数据进行坐标系的转换和联合解算，得到料堆的原始点云数据，具体包括：
[0018]分别建立长方形堆场水平直角全局坐标系O0‑
X0Y0Z0、堆料机水平直角坐标系O1‑
X1Y1Z1和毫米波雷达坐标系O
‑
XYZ；其中，以堆料机在堆场轨道的起始点为原点O0，以宽边为所述长方形堆场水平直角全局坐标系的X0轴，以长边为所述长方形堆场水平直角全局坐标系的Y0轴，所述长方形堆场全局坐标系的Z0轴垂直于长方形堆场；以堆料机在长方形堆场的位置为所述堆料机水平直角坐标系的原点O1，以堆料机的大臂在长方形堆场平面的投影为所述堆料机水平直角坐标系的X1轴，以堆料机的回转轴中心线为所述堆料机水平直角坐标系的Z1轴，所述堆料机水平直角坐标系的Y1轴垂直于堆料机的大臂中心线和回转中心线所在的平面；以毫米波雷达的位置为所述毫米波雷达坐标系的原点O，所述毫米波雷达坐标系的X轴沿堆料机的大臂中线指向回转中心，所述毫米波雷达坐标系的Y轴垂直于堆料机的大臂中心线和回转轴中心线所在的平面，所述毫米波雷达坐标系的Z轴垂直于所述堆料机的大臂且向下；
[0019]上采样所述双天线差分北斗传感器和所述角编码器采集的数据，得到与所述毫米波雷达采集到的相同帧数的数据；
[0020]获取所述毫米波雷达采集到的第i帧数据(x,0,z)；
[0021]将所述第i帧数据绕Y轴旋转γ＝θ+π和平移(Δx1,0,Δz1)，得到第一变换数据；其中，γ是绕Y轴旋转的角度，θ是堆料机的大臂俯仰角，Δx1＝L*cosθ，Δz1＝H+L*sinθ，L是堆料机的大臂的长度，H是堆料机的回转中心到地面的高度；
[0022]将所述第一变换数据绕Z轴旋转α＝π/2
‑
ψ，得到第二变换数据；其中，α是绕Z轴旋转的角度，ψ是堆料机的大臂回转角；
[0023]结合所述双天线差分北斗传感器采集的数据将所述第二变换数据平移得到第三变换数据；其中，是双天线差分北斗传感器获取的堆料机回转中心在堆场坐标系的位置信息；
[0024]将所述第三变换数据逐帧解算到所述堆料机坐标系O1‑
X1Y1Z1中，得到料堆在所述堆料机坐标系O1‑
X1Y1Z1的原始点云数据。
[0025]可选的，对所述原始点云数据进行预处理，得到预处理后的点云数据，具体包括：
[0026]利用毫米波雷达扫描点的状态信息过滤掉无效点，得到初步预处理点云数据；
[0027]通过点云的统计滤波和高程值的阈值对所述初步预处理点云数据进行去除噪点和地面点的处理，得到预处理后的点云数据。
[0028]可选的，所述利用基于三角剖分的差值算法对所述预处理后的点云数据进行处理，得到堆料高程模型，具体包括：
[0029]将所述预处理后的点云数据投影到二维平面，得到二维数据；
[0030]求取二维数据的凸包；
[0031]在所述凸包内进行格网划分，得到若干个格网点，每一个格网点为一个查询点；
[0032]将所述预处理后的点云数据进行delaunay三角化，得到三角面片；
[0033]将所述三角面片投影到二维平面，得到投影三角面片；
[0034]通过检索得到每个查询点所属的投影三角面片；
[0035]判断所述投影三角面片的几何形状是否趋近一条直线；
[0036]若否，根据所述投影三角面片的坐标值求解出所述投影三角面片所在的平面方程；
[0037]通过所述平面方程求取查询点的第一高程值；
[0038]若是，则采用双线性内插方法逐个完成查询点的插值；
[0039]根据所述插值求取查询点的第二高程值；
[0040]根据所述第一高程值和所述第二高程值得到堆料高程模型。
[0041]本专利技术还提供了一种获取料堆高程模型的系统，该系统包括：
[0042]数据获取模块，用于分别获取毫米波雷达、双天线差分北斗传感器和角编码器采集的数据；所述毫米波雷达本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种获取料堆高程模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：分别获取毫米波雷达、双天线差分北斗传感器和角编码器采集的数据；所述毫米波雷达安装于堆料机的出料口；所述双天线差分北斗传感器安装于堆料机的回转平台上；所述角编码器安装于堆料机的大臂上；对所述毫米波雷达、双天线差分北斗传感器和角编码器采集的数据进行坐标系的转换和联合解算，得到料堆的原始点云数据；对所述原始点云数据进行预处理，得到预处理后的点云数据；利用基于三角剖分的差值算法对所述预处理后的点云数据进行处理，得到堆料高程模型。2.根据权利要求1所述的获取料堆高程模型的方法，其特征在于，所述分别获取毫米波雷达、双天线差分北斗传感器和角编码器采集的数据，具体包括：将所述堆料机的大臂俯仰到预设值；以不同的回转角往复的走行，分别获取料堆表面坐标信息、回转中心在堆场坐标系的位置数据及堆料机大臂的俯仰角和回转角数据；将所述料堆表面坐标信息、所述回转中心在堆场坐标系的位置数据及所述堆料机大臂的俯仰角和回转角数据进行存储；将存储的数据发送到数据处理服务器。3.根据权利要求1所述的获取料堆高程模型的方法，其特征在于，所述对所述毫米波雷达、双天线差分北斗传感器和角编码器采集的数据进行坐标系的转换和联合解算，得到料堆的原始点云数据，具体包括：分别建立长方形堆场水平直角全局坐标系O0‑
X0Y0Z0、堆料机水平直角坐标系O1‑
X1Y1Z1和毫米波雷达坐标系O
‑
XYZ；其中，以堆料机在堆场轨道的起始点为原点O0，以宽边为所述长方形堆场水平直角全局坐标系的X0轴，以长边为所述长方形堆场水平直角全局坐标系的Y0轴，所述长方形堆场全局坐标系的Z0轴垂直于长方形堆场；以堆料机在长方形堆场的位置为所述堆料机水平直角坐标系的原点O1，以堆料机的大臂在长方形堆场平面的投影为所述堆料机水平直角坐标系的X1轴，以堆料机的回转轴中心线为所述堆料机水平直角坐标系的Z1轴，所述堆料机水平直角坐标系的Y1轴垂直于堆料机的大臂中心线和回转中心线所在的平面；以毫米波雷达的位置为所述毫米波雷达坐标系的原点O，所述毫米波雷达坐标系的X轴沿堆料机的大臂中线指向回转中心，所述毫米波雷达坐标系的Y轴垂直于堆料机的大臂中心线和回转轴中心线所在的平面，所述毫米波雷达坐标系的Z轴垂直于所述堆料机的大臂且向下；上采样所述双天线差分北斗传感器和所述角编码器采集的数据，得到与所述毫米波雷达采集到的相同帧数的数据；获取所述毫米波雷达采集到的第i帧数据(x,0,z)；将所述第i帧数据绕Y轴旋转γ＝θ+π和平移(Δx1,0,Δz1)，得到第一变换数据；其中，γ是绕Y轴旋转的角度，θ是堆料机的大臂俯仰角，Δx1＝L*cosθ，Δz1＝H+L*sinθ，L是堆料机的大臂的长度，H是堆料机的回转中心到地面的高度；将所述第一变换数据绕Z轴旋转α＝π/2
‑
ψ，得到第二变换数据；其中，α是绕Z轴旋转的角度，ψ是堆料机的大臂回转角；
结合所述双天线差分北斗传感器采集的数据将所述第二变换数据平移得到第三变换数据；其中，是双天线差分北斗传感器获取的堆料机回转中心在堆场坐标系的位置信息；将所述第三变换数据逐帧解算到所述堆料机坐标系O1‑
X1Y1Z1中，得到料堆在所述堆料机坐标系O1‑
X1Y1Z1的原始点云数据。4.根据权利要求1所述的获取料堆高程模型的方法，其特征在于，对所述原始点云数据进行预处理，得到预处理后的点云数据，具体包括：利用毫米波雷达扫描点的状态信息过滤掉无效点，得到初步预处理点云数据；通过点云的统计滤波和高程值的阈值对所述初步预处理点云数据进行去除噪点和地面点的处理，得到预处理后的点云数据。5.根据权利要求1所述的获取料堆高程模型的方法，其特征在于，所述利用基于三角剖分的差值算法对所述预处理后的点云数据进行处理，得到堆料高程模型，具体包括：将所述预处理后的点云数据投影到二维平面，得到二维数据；求取二维数据的凸包；在所述凸包内进行格网划分，得到若干个格网点，每一个格网点为一个查询点；将所述预处理后的点云数据进行delaunay三角化，得到三角面片；将所述三角面片投影到二维平面，得到投影三角面片；通过检索得到每个查询点所属的投影三角面片；判断所述投影三角面片的几何形状是否趋近一条直线；若否，根据所述投影三角面片的坐标值求解出所述投影三角面片所在的平面方程；通过所述平面方程求取查询点的第一高程值；若是，则采用双线性内插方法逐个完成查询点的插值；根据所述插值求取查询点的第二高程值；根据所述第一高程值和所述第二高程值得到堆料高程模型。6.一种获取料堆高程模型的系统，其特征在于，包括：数据获取模块，用于分别获取毫米波雷达、双天线差分北斗传感器和角编码器采集的数据；所述毫米波雷达安装于堆料机的出...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔德明，曹帅，刘志明，王伟，沈阅，高剑慧，周逸人，
申请(专利权)人：唐山曹妃甸煤炭港务有限公司河北燕大燕软信息系统有限公司，
类型：发明
国别省市：