一种基于云台的库区物料点云建模方法与可读存储介质技术

本发明专利技术提供了一种基于云台的库区物料点云建模方法与可读存储介质，包括如下步骤：S100：将两部云台布置在行车的大梁上；两部云台上均对应的设置有激光雷达；S200：利用大车的移动和/或两部云台的旋转动作，带动两部云台上的激光雷达对指定区间的物料进行扫描，通过点云合成处理来获取激光雷达实际扫描区间内物料的三维点云模型；S300：通过点云处理对获取的点云进行进一步的平滑和修复处理，得到点云模型；S400：将得到的点云模型发送给终端用户。本方案在行车的过程中，可以实时反映作业区域内的物料实时对方情况，为生产调度提供合理的抓放料策略提供参考依据。合理的抓放料策略提供参考依据。合理的抓放料策略提供参考依据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于云台的库区物料点云建模方法与可读存储介质


[0001]本专利技术涉及行车自动化控制
，尤其涉及一种基于云台的库区物料点云建模方法与可读存储介质。

技术介绍

[0002]水泥或冶金行业工厂的库区内主要存放块状或颗粒状物料，该类型的物料不规则地分布于物料池一定区间内，并通过一种称为行车的桥式起重机设备来执行物料的进出库作业任务。行车主要包括大车、小车和起升三大运行机构，通过上述三大机构的动作来控制抓斗在库区内的移动和升降，实现抓放料的操作目的。
[0003]行车作业系统的自动化在降低了人力成本和提高了作业效率方面成效显著，而要实现行车的自动化作业，就必须准确掌握库区内物料的实际堆放情况，在此基础上才可以制定合理的抓放料策略以及精准控制抓斗到达指定位置完成作业任务。因此，建立库区内物料的准确模型是实现行车自动化作业的必要条件。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提出了一种能够精准获取作业区域散装物料的实时堆放情况、并在不停机状况下完成物料堆放情况给的实时更新的基于云台的库区物料点云建模方法与可读存储介质。
[0005]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0006]一方面，本专利技术提供了一种基于云台的库区物料点云建模方法，包括如下步骤：
[0007]S100：将两部云台布置在行车的大梁上；两部云台上均对应的设置有激光雷达；
[0008]S200：利用大车的移动和/或两部云台的旋转动作，带动两部云台上的激光雷达对指定区间的物料进行扫描，通过点云合成处理来获取激光雷达实际扫描区间内物料的三维点云模型；
[0009]S300：通过点云处理对获取的点云进行进一步的平滑和修复处理，得到点云模型；
[0010]S400：将得到的点云模型发送给终端用户。
[0011]在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S100所述将两部云台布置在行车的大梁上，是将两个云台分别设置在行车的大梁的两侧，且两部云台间隔设置在大梁的轴向延伸方向的不同的三等分点平面上。
[0012]优选的，步骤S200获取所述激光雷达实际扫描区间内物料的三维点云模型具体包括如下内容：
[0013]S210：分别针对激光雷达和云台建立激光雷达坐标系和云台坐标系，获取激光雷达坐标系到云台坐标系的变换矩阵T；读取激光雷达单次扫描周期前的激光雷达坐标系下的大车位置d1和云台角度a1；
[0014]S220：读取激光雷达单次扫描周期内的一帧数据，设其数据点个数为N；
[0015]S230：读取激光雷达单次扫描周期后的激光雷达坐标系下的大车位置d2和云台角
度a2；
[0016]S240：计算单次扫描周期内的一帧数据中第i个数据点对应的大车位置di和云台角度ai，i＝1，2，3
……
，N；
[0017]S250：对每个数据点执行旋转和平移操作，将激光雷达坐标系下的数据点转换至云台坐标系；将坐标系变换后的云台坐标系下的数据点加入点云集合中；
[0018]S260：重复执行S210—S250步骤，直到该次扫描任务结束。
[0019]进一步优选的，步骤S240计算单次扫描周期内的一帧数据中第i个数据点对应的大车位置di和云台角度ai，是根据当前一帧数据距离扫描起始时刻的时间差与扫描周期的关系，根据d1和d2、a1和a2，通过插值方式获取当前时刻的大车的位置di和云台角度ai。
[0020]更进一步优选的，当物料扫描任务移动大车的距离超过大车单次移动设定距离时，每经过单次移动设定距离的整数倍即对该单次移动设定距离区间内的点云进行一次处理和发送。
[0021]优选的，步骤S300所述通过点云处理对获取的点云进行进一步的平滑和修复处理处理，得到点云模型，是对于点云的进一步处理包括过滤掉非物料点云以及对出现的孔洞进行修复；
[0022]其中，过滤掉非物料点云，是将库区本身的尺寸信息作为输入参数，利用点云的直通滤波算法过滤物料区域的墙体、楼梯以及地面处的非物料点云；利用半径滤波算法，过滤掉存在于物料上方的扬尘形成的孤立的离散点云，即完成非物料点云的过滤；
[0023]对出现的孔洞进行修复，是将待修复的点云转换为图像，采用基于快速行进方法的图像修复对图像的孔洞进行修复，修复后再将图像转换为点云模型，即完成了孔洞的修复。
[0024]进一步优选的，所述直通滤波算法的筛选条件是同时满足如下要求：1)确定在云台坐标系下地面的物料点云的轴向尺寸范围，提出该轴向尺寸范围合围的矩形区域以外的地面的离散点云；2)用直线将离矩形区域边界最近的各点云顺次连接，通过二次曲线拟合的方式构建封闭的地面的物料点云的边界曲线；3)以点云的边界曲线为基准，将云台坐标系的地面以上的、且超出点云的边界曲线的点云剔除；4)设定相同的高度及其邻域，在每一个云台坐标系的高度平面及其邻域内，对矩形区域边界内、且非地面的云台坐标系内的点云用直线顺次连接构成封闭形状，使得随着高度的增大，封闭形状的面积逐渐变小，且位于上一层高度平面及其邻域的封闭区域的边界的点云不超出下一层或者多层的封闭形状的边界，将各非地面的封闭形状的边界采用二次曲线平滑处理；5)将不同高度的各封闭形状的边界位置的点云进行平滑处理；6)如果有离散点云所在的云台坐标系的高度平面距离最近的云台坐标系的高度平面超过2倍设定的高度以上，且该平面内的点云数量少于最近的云台坐标系的高度平面内点云数量的5％，则将该高度平面及其上方的点云全部剔除。
[0025]更进一步优选的，所述采用基于快速行进方法的图像修复对图像的孔洞进行修复，是采用OpenCV的inpaint函数，基于沿图像梯度传播平滑估计器，图像的平滑来自孔洞邻域的加权平均来代替缺失的像素。
[0026]另一方面，本专利技术还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在计算机上运行时，计算机执行上述一种基于云台的库区物料点云建模方法。
[0027]本专利技术提供的一种基于云台的库区物料点云建模方法与可读存储介质，相对于现有技术，具有以下有益效果：
[0028](1)本方案可以在行车的作业过程中建立起可以反映作业区域内物料实时堆放情况的点云模型，为生产调度系统制定合理的抓放料策略提供准确数据，并能可以克服行车抓斗对于扫描云台视野的遮挡，获取行车下放物料的完整模型；(2)可以根据不同的作业情况，合理选取最优的运动组合方案来获取作业区间内的物料点云模型；特别是大车移动云台旋转这种组合方案，该运动组合方案支持行车各机构联动条件下的物料点云采集功能，可以在不等待各机构停止下来的条件下完成物料堆放情况的更新，从而显著提高自动化作业效率；
[0029](3)对过滤点云模型中的噪声和修复点云模型中的孔洞，保证点云模型的准确性和完整性。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于云台的库区物料点云建模方法，其特征在于，包括如下步骤：S100：将两部云台布置在行车的大梁上；两部云台上均对应的设置有激光雷达；S200：利用大车的移动和/或两部云台的旋转动作，带动两部云台上的激光雷达对指定区间的物料进行扫描，通过点云合成处理来获取激光雷达实际扫描区间内物料的三维点云模型；S300：通过点云处理对获取的点云进行进一步的平滑和修复处理，得到点云模型；S400：将得到的点云模型发送给终端用户。2.根据权利要求1所述的一种基于云台的库区物料点云建模方法，其特征在于，步骤S100所述将两部云台布置在行车的大梁上，是将两个云台分别设置在行车的大梁的两侧，且两部云台间隔设置在大梁的轴向延伸方向的不同的三等分点平面上。3.根据权利要求2所述的一种基于云台的库区物料点云建模方法，其特征在于，步骤S200获取所述激光雷达实际扫描区间内物料的三维点云模型具体包括如下内容：S210：分别针对激光雷达和云台建立激光雷达坐标系和云台坐标系，获取激光雷达坐标系到云台坐标系的变换矩阵T；读取激光雷达单次扫描周期前的激光雷达坐标系下的大车位置d1和云台角度a1；S220：读取激光雷达单次扫描周期内的一帧数据，设其数据点个数为N；S230：读取激光雷达单次扫描周期后的激光雷达坐标系下的大车位置d2和云台角度a2；S240：计算单次扫描周期内的一帧数据中第i个数据点对应的大车位置di和云台角度ai，i＝1，2，3
……
，N；S250：对每个数据点执行旋转和平移操作，将激光雷达坐标系下的数据点转换至云台坐标系；将坐标系变换后的云台坐标系下的数据点加入点云集合中；S260：重复执行S210—S250步骤，直到该次扫描任务结束。4.根据权利要求3所述的一种基于云台的库区物料点云建模方法，其特征在于，步骤S240计算单次扫描周期内的一帧数据中第i个数据点对应的大车位置di和云台角度ai，是根据当前一帧数据距离扫描起始时刻的时间差与扫描周期的关系，根据d1和d2、a1和a2，通过插值方式获取当前时刻的大车的位置di和云台角度ai。5.根据权利要求4所述的一种基于云台的库区物料点云建模方法，其特征在于，当物料扫描任务移动大车的距离超过大车单次移动设定距离时，每经过单次移动设定距离的整数倍即对该单次移动设定距离区间内的点云进行一次处理和发送。6.根据权利要求3所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：程春刚，曹志俊，陈波，李恒，石先城，张涛，
申请(专利权)人：武汉港迪智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：