[发明专利]一种堆场实时动态三维测控系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光工业测量系统，尤其是涉及大型堆场的实时动态三维测量与堆场堆取料设备空间位置定位的堆场实时动态三维测控系统。

背景技术

现有技术中针对大型堆场体积测量，普遍采用了便携式激光测量系统，这种便携式激光测量系统由激光测距机、地图星、三角支架及笔记本组成。该系统应用在大型堆场体积测量过程中存在作业量大、受天气影响大、精度较差等缺陷。

随着激光测量技术的不断发展，当前针对有堆取料载体的大型堆场也开始采用固定式激光测量系统，这种固定式激光测量系统通过固定安装在堆取料设备上，通过选用激光视角范围广的激光扫描仪，随着载体在整个堆场区域行走完成堆体的扫描。该固定式激光测量系统的引用提高了堆场体积测量精度，一定程度上实现了机械化、自动化操作。目前该系统主要采用位置传感器、激光扫描仪、数据处理终端等设备。位置传感器采用增量型旋转编码器为核心采集部件，采集测量过程中扫描仪相对设定起点的位置变化数据。由于该传感器采集的为相对位置数据，测量时必须设定扫描起始位置和扫描俯仰角度。该方式局限了测量的随意性，用户只能按照系统设定的范围与载体姿态进行测量。针对堆场局部区域无法独立便捷的完成测量。同时，针对堆场堆取料设备老化，用户无法保证在测量过程中始终保持系统设定姿态，进而导致测量误差。

另一方面，根据不同行业堆场储料特性，例如火电、有色金属等，其料场往往会根据燃料/原料的不同品位进行分堆、分层堆放，现有的固定式激光测量系统只能对整个堆场进行储料体积测量，对于堆取料设备完成一次堆料/取料操作后，料堆变化后体积无法动态测量。用户无法知晓不同品位燃料/原料的储存位置及重量，无法实现精细化管理，大大降低了产品的性价比。

现有技术的主要缺陷为：1、现有的固定式激光测量系统使用条件要求苛刻，测量时需要求载体保持在特定状态下进行，当堆场储料过多、载体性能老化时，无法按照既定方式进行测量，导致设备无法使用或测量精度降低。2、现有的激光测量系统功能单一，只能实现堆取料机械工作范围内堆场的三维测量，获取单一的储量信息，数据终端只能对各传感器采集到的数据进行计算存储，无法根据载体不同的作业方式进行分类测量，实现分区、分层三维数据采集。同时，无法获取被测量物的影像数据，无法对测量结果、构建的三维模型正确与否做出判定。现有的设备安装方式采用固定式升高架，受限于堆场堆取料设备悬臂承重量及升高架安全作业高度，只能提供3-5米高扫描测量高度，该高度在堆料高度过高时无法有效扫描堆体外侧（内侧）,导致测量盲区。另外，扫描仪安装在斗轮机最高点的测量方式，也无法完成全场无盲区测量。3、现有激光测量系统采用增量型编码器作为位置定位装置，无法获取堆场范围内任意区域空间位置信息。用户只能按照系统设定好的测量范围进行测量，变更测量范围时丢失空间位置信息，需重新配置，使用较为繁琐。4、现有激光测量系统与行业其他应用系统兼容性较差，现有的数据终端为ARM 7单片机，无法提供更多的数据接口与复杂的接口程序，使得系统性价比降低。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种堆场实时动态三维测控系统，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；增加了一种新的位置/姿态定位装置，在原有的行程/回程测量系统上增加俯仰角度测量系统（或直接采用POS定位系统），并在断面扫描端增加倾角传感器及GPS卫星罗盘，实现堆场堆取料载体在任意姿态下进行测量。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种新的数据采集终端与CCD相机，新的数据采集终端提供友善的交互界面，使用人员不仅可以通过该设备监控堆场堆取料设备在堆场空间内的位置与姿态，也可根据堆取料设备不同操作（取料和堆料）下进行分类测量，实现堆场的精细化管理，实现煤场分堆、分层数据的动态更新。新增的CCD相机实现扫描过程中的影像数据采集，作为测量三维图形与实际堆场情况比对依据。同时，本发明解决了堆场堆取料设备与料堆之间的碰撞问题，防止堆取料设备在作业过程中与料堆碰撞导致设备损坏或更为严重的安全事故。

本发明再有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供一种新的位置定位装置，采用绝对型旋转编码器或POS（定位定向系统）定位装置实现测量时堆场堆取料设备准确的空间绝对位置，实现堆场随意指定区域测量。对随意区域测量时，测量区域位置信息准确可靠。