[发明专利]一种基于单线激光雷达与测距仪装备的仓储矿堆扫描方法

说明书

本发明公布了一种基于单线激光雷达与测距仪的仓储矿堆扫描装备，包括一个主体支架、两套传感器固定云台、一台测距仪、两台单线激光雷达、一台控制终端、一块光学反射板、两条平行滑轨。激光雷达沿垂直于滑轨方向的视场范围主动发射电磁波脉冲，同时记录脉冲探测目标后的回传时间和扫描角度，继而依据脉冲的回传时间计算目标与激光雷达的直线距离，并通过三角测量计算扫描视场范围内任意点在垂直滑轨方向的轮廓坐标；测距仪沿滑轨运动方向发射脉冲，通过记录回波信号，获取滑轨的滑动距离；最后对多个传感器获取的数据进行坐标转换、配对和拼接等操作，实现点云数据与距离数据的一一对应，获取仓储矿堆的表面三维点云。该发明无需多站扫描和点云配准，可解决数据遮挡和配准误差等问题，数据采集精度高、时间效率快。

技术领域

本发明涉及空间信息应用技术领域，具体涉及一种基于单线激光雷达与测距仪装备的仓储矿堆扫描方法。

背景技术

矿堆仓储量的计算影响着物料出纳统计和矿物生产能力评估，是矿山工程建设中的一项重要内容。受仓储环境、矿车生产等因素限制，以及矿物堆积形态不规则、更新频率大等因素影响，精确测量仓储矿堆的体积难度大。现有仓储矿堆测量装备及其方量测算方法难以满足矿山信息化生产需求，亟需研发智能化矿堆测量装备和方法，快速、准确获取仓储矿堆高精度三维信息，提高仓储盘量信息化水平。

近些年，激光雷达装备被广泛的用于仓储盘量。ZHAO等提出了一种利用激光生成多层堆垛体三维模型的方法，在实验室环境下进行的实验表明效果良好，但体积计算方法相对较慢；朱建军等采用地面激光扫描仪采集多站粮仓扫描数据，通过对这些单站扫描进行配准和融合，得到完整的粮仓点云模型，误差均小于5％；Grazia Tucci对比分析了激光雷达技术与数字摄影测量技术在物料三维信息采集及数字表面建模的差异，并印证了上述两种方法对仓储盘量的计算误差约为1％。上述研究，表明了激光雷达技术对于仓储方量盘点的可行性，但针对复杂密闭空间的仓储盘量，现有激光雷达装备技术仍存在人员不可达或场景遮挡导致数据采集缺失、多站点云配准难度大、数据处理耗时长等问题。此外，传统激光雷达装备成本高，限制了激光雷达技术在仓储盘量应用中的推广性。

本发明针对仓储矿堆盘量工作中的需求及难点，设计了一种基于单线激光雷达与测距仪装备的仓储矿堆扫描方法。本发明具有成本低、扫描精度高、速度快的优点，将单线激光雷达和测距仪相结合来获取矿堆三维点云数据，克服了传统单点测量方式的局限，可有效解决室内、外复杂仓储条件下不规则矿堆三维点云高效精准采集，为仓储矿堆方量核算提供完备准确的三维数据，提升仓储盘量的精度和效率。

三、发明内容

(一)解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是：针对仓储矿料进出频率高，矿堆几何形态复杂、空间堆放错综复杂、遮挡严重，导致现有激光雷达盘量装备成本高、数据采集缺失、时间效率低等问题，设计一种基于单线激光雷达与测距仪装备的仓储矿堆扫描方法。该发明将单线激光雷达和测距仪固定在滑轨上，在滑动过程中以单线激光雷达扫描获取物体垂直方向的轮廓信息，以测距仪获取任意时刻扫描物体的水平位置信息，通过对垂直轮廓信息与水平位置信息的集成，获取扫描对象的三维信息，用于仓储矿堆三维点云模型的构建和方量估算。该发明无需多站扫描和点云配准，可解决数据遮挡和配准误差等问题，数据采集精度高、时间效率快，可实现自动化，极大的解放劳动力，提高矿山生产效率。

(二)技术方案

传统库存量估算方式受架站点选取及地物遮挡导致关键测量信息缺失，测量耗时过长，影响工作效率和方量核算精度。针对以上不足，本发明提出了一种基于单线激光雷达与测距仪装备的仓储矿堆扫描方法，将测距仪所获取的距离信息与单线激光雷达的二维坐标数据相结合，准确构建出目标矿堆的三维空间模型。具体实现步骤如下：