CN110084558A - 一种计算车厢空间装载率的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种计算车厢空间装载率的方法及装置，包括：构建车厢XYZ轴坐标系，其中，Z轴为红外线测距传感器的距离方向，在该方向上布设有多个红外线测距传感器，由红外线测距传感器对车厢内进行测距采样；根据Z轴上红外线测距传感器的采样值构建三角网分割空间，利用Z轴上的采样值对空间进行线性插值，在步骤S1中建立的坐标点集的XY坐标上构建多个最小三角网；利用二重定积分方法计算每个最小三角网的体积；遍历分割得到的所有最小三角网，对每个最小三角网的体积进行求和，计算车厢体积，并根据车厢体积计算货物体积。本发明计算效率较高，可以实时计算，计算精度也比人工方式更为精确。

Description

一种计算车厢空间装载率的方法及装置
技术领域
本发明涉及物流运输技术领域，特别涉及一种计算车厢空间装载率的方法及装置。
背景技术
当前，国内物流运输业蓬勃发展，其中公路货车运输有以下特点：①运输速度快；②可靠性高，对产品损伤较少；③机动性高，可以选择不同的行车路线，灵活制定营运时间表，所以服务便利，能提供门到门服务，市场覆盖率高；④投资少，经济效益高。因为运输企业不需要拥有公路，所以其固定成本很低，且公路运输投资的周转速度快；⑤操作人员容易培训。所以公路货车运输是一种重要的运输方式，但是由于其机动性高，管控复杂，当前行业内对货车的监管以人为监管为主，即很多时候靠职工个人的自觉性，对于中途换货等行为无法高效监管，对于货运酬劳结算也是人为主观估算，无法做到科学精确。只有利用科技手段，才能实现对运输过程的长效、高效管理。
但是，目前还没有出现可自动识别装货体积的智能***，特别是在运输途中，是否发生装卸货异常事件无法进行判断、当车队以运输货物体积结算酬劳时也只能以人为估测，估测方法无法量化，过于主观造成误差较大。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种计算车厢空间装载率的方法及装置。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种计算车厢空间装载率的方法，包括如下步骤：
步骤S1，构建车厢XYZ轴坐标系，其中，Z轴为红外线测距传感器的距离方向，在该方向上布设有多个红外线测距传感器，由所述红外线测距传感器对车厢内进行测距采样；
步骤S2，根据Z轴上红外线测距传感器的采样值构建三角网分割空间，利用Z轴上的采样值对空间进行线性插值，在步骤S1中建立的坐标点集的XY坐标上构建多个最小三角网；
步骤S3，利用二重定积分方法计算每个最小三角网的体积；
步骤S4，遍历分割得到的所有最小三角网，对每个最小三角网的体积进行求和，计算车厢体积，并根据所述车厢体积计算货物体积。
进一步，所述Z轴对应车厢顶部，多个所述红外线测距传感器安装在车厢的顶部上。
进一步，在所述步骤S1中，构建车厢XYZ轴坐标系，包括：设车厢位于第一象限、顶点与坐标原点对齐，由于车厢边缘没有计算出每一个传感器的坐标，将Z轴坐标复制填充到车厢边缘最近的点，生成新的坐标点集。
进一步，在所述步骤S2中，包括：在XY坐标系中，每个小三角区域内按照该三角区域的3个顶点坐标的Z轴线性插值的方法填充一个顶面，以形成多个以最小三角区域为底的五面体。
进一步，在所述步骤S4之后，还包括如下步骤：实时计算并监控货物体积，当检测到货物体积发生异常变化时，发出报警信号，以及根据计算得到货物体积进行费用结算。
本发明实施例还提出一种计算车厢空间装载率的装置，包括：多个红外测距传感器和体积计算模块，其中，所述多个红外测距传感器安装于车厢的顶部，对车厢内进行测距采样；所述体积计算模块用于构建车厢XYZ轴坐标系，其中，Z轴为红外线测距传感器的距离方向，在该方向上布设有多个红外线测距传感器以对车厢内进行测距采样；然后根据Z轴上红外线测距传感器的采样值构建三角网分割空间，利用Z轴上的采样值对空间进行线性插值，构建多个最小三角网；利用二重定积分方法计算每个最小三角网的体积；遍历分割得到的所有最小三角网，对每个最小三角网的体积进行求和，计算车厢体积，并根据所述车厢体积计算货物体积。
进一步，所述体积计算模块构建车厢XYZ轴坐标系，包括：设车厢位于第一象限、顶点与坐标原点对齐，由于车厢边缘没有计算出每一个传感器的坐标，将Z轴坐标复制填充到车厢边缘最近的点，生成新的坐标点集。
进一步，在XY坐标系中，所述体积计算模块对每个小三角区域内按照该三角区域的3个顶点坐标的Z轴线性插值的方法填充一个顶面，以形成多个以最小三角区域为底的五面体。
进一步，所述体积计算模块实时计算并监控货物体积，当检测到货物体积发生异常变化时，发出报警信号，以及根据计算得到货物体积进行费用结算。
根据本发明实施例的计算车厢空间装载率的方法及装置，通过红外线测距传感器采集的数据建模，实时自动化计算货车的车厢体积和空间体积，进而计算得到货物体积，用于自动化结算、实时智能监控。这种方式比人工统计方式，精确度更高，效率也有效提升。本发明采用红外线传感器阵列测得距离数据组，使用DELUANAY三角形方法，自适应构建三角网建模，使用线性插值估算货物分布，使用二重定积分计算体积。该方法计算效率较高，可以实时计算。通过对车辆车厢货物体积数据验证，实验结果表明该方法准确有效。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的计算车厢空间装载率的方法的流程图；
图2为根据本发明实施例的车厢模型与分割空间的示意图；
图3为根据本发明实施例的利用Z轴上的采样值对空间进行线性插值的示意图；
图4为根据本发明实施例的估算的货物离车顶距离的示意图；
图5为根据本发明实施例的形成最小三角区域为底的五面体的示意图；
图6为根据本发明实施例的计算车厢空间装载率的装置的结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提出一种计算车厢空间装载率的方法及装置，通过对车辆车厢进行空间分割，构建最小三角网空间，利用红外线传感器测得的数值对空间进行插值计算空间体积。需要说明的是，本发明适用于各种车型车辆的车厢，例如：货车等。
如图1所示，本发明实施例的计算车厢空间装载率的方法，包括如下步骤：
步骤S1，构建车厢XYZ轴坐标系，其中，Z轴为红外线测距传感器的距离方向，在该方向上布设有多个红外线测距传感器，由红外线测距传感器对车厢内进行测距采样。
在本步骤中，首先将车厢空间坐标化，构建车厢XYZ轴坐标系。其中，Z轴对应车厢顶部，多个红外线测距传感器安装在车厢的顶部上，正对车厢内下方进行测距采样，多个传感器呈均匀分布。
具体的，红外线测距传感器的参数为有效测量距离0～10m，偏差角为正负5°。其中，红外线测距传感器安装在车厢顶部，探头垂直朝下，车厢空载时红外线测距传感器检测的距离就是车厢顶到车厢底的距离，有货物时就是车厢顶到货物的距离。
需要说明的是，红外线测距传感器呈均匀分布安装在车顶，传感器数量视车厢规格而定，通常车厢越大传感器越多，计算时需要每个传感器在车厢的坐标，传感器多少不影响计算过程。
设车厢位于第一象限、顶点与坐标原点对齐，由于车厢边缘没有计算出每一个传感器的坐标，将在最外圈的红外测距传感器的Z轴坐标复制填充到车厢边缘最近的点，生成新的坐标点集。因为传感器不会安装在车厢最边缘，和车厢最边缘有一定距离，这个距离不会太远，所以这里的“将在最外圈的红外测距传感器的Z轴坐标复制填充到车厢边缘最近的点”复制依据就是就近复制最外圈的传感器采样值。如图4所示，C1为车厢，C2为红外测距传感器，C3处没有传感器，复制就近C2点的采样值作为估算的货物离车顶距离。
步骤S2，根据Z轴上红外线测距传感器的采样值构建三角网分割空间，利用Z轴上的采样值对空间进行线性插值，在步骤S1中建立的坐标点集的XY坐标上构建多个最小三角网。即，将红外线测距传感器的采样值在空间进行线性插值。这样做是因为传感器采样值是点，但是计算体积需要的是需要完整的形状，所以线性插值来填补采样值间的空隙，根据三角网确定的三个顶点来插值，即三点确定一个面。
如图3所示，
AB:k1x+b1＝y
BC:k2x+b2＝y
AC:k3x+b3＝y
D1＝{x1y|x0≤x≤x1,k3x+b3≤y≤k1x+b1}
D2＝{x1y|x1≤x≤x2,k3x+b3≤y≤k2x+b2}
其中积分公式中的Z为线性插值形成平面的平面方程，计算过程如下：
设P1(x1，y1，z1)，P2(x2，y2，z2)，P3(x3，y3，z3)为3个采样点的坐标(x，y)和采样值(z)。
线性采样面的方程即为三维空间平面方程，设为：Ax+By+Cz+D＝0
设过点P1的平面方程为：
A(x-x1)+B(y-y1)+C(z-z1)＝0 ①
点P2和P3也在此平面上，因此它们的坐标也满足此方程，故有：
A(x-x2)+B(y-y2)+C(z-z2)＝0 ②
A(x-x3)+B(y-y3)+C(z-z3)＝0 ③
①②③组成的关于A，B，C的齐次方程组有非零解的充要条件是其系数行列式＝0，即：
带入任意一点即可求得D，D也为常数，将上面的ABC带入Ax+By+Cz+D＝0，所以得到需要积分的Z方程表达式为:
具体的，将新的坐标点集的XY坐标构建无重叠、全覆盖的最小三角网。在XY坐标系中，每个小三角区域内按照该三角区域的3个顶点坐标的Z轴线性插值的方法填充一个顶面，以在XYZ坐标系中可将空间分割为多个以最小三角区域为底的五面体，如图2所示。
在本发明的实施例中，采用DELUANAY三角形方法实现空间分割。
步骤S3，利用二重定积分方法计算每个最小三角网的体积。
在本步骤中，由于已知顶面过三个点的坐标，即可通过点面方程确定平面方程。并且三角区域也为已知量，由此可以求得区域描述方程，即可通过定积分求得一个最小三角区域的五面体空间体积，如图5所示。
步骤S4，遍历分割得到的所有最小三角网，对每个最小三角网的体积进行求和V空间体积，计算车厢体积V车厢体积，并根据车厢体积计算货物体积V货物体积。
其中，V车厢体积＝w车厢宽·h车厢高·l车厢长，V货物体积＝V车厢体积-V空间体积。
在步骤S4之后，还包括如下步骤：在货车行驶途中，实时计算并监控货物体积，当检测到货物体积发生异常变化时，发出报警信号，以利于监控。
并且，根据计算得到货物体积，可以直接用于费用结算。这种方式比人工统计方式，精确度更高，效率也有效提升。
如图6所示，本发明实施例还提出一种计算车厢空间装载率的装置，包括：多个红外测距传感器100和体积计算模块200。
多个红外测距传感器100安装于车厢的顶部，正对车厢内下方进行测距采样，多个传感器呈均匀分布对车厢内进行测距采样。红外线测距传感器100的参数为有效测量距离0～10m，偏差角为正负5°。其中，红外线测距传感器安装在车厢顶部，探头垂直朝下，车厢空载时红外线测距传感器100检测的距离就是车厢顶到车厢底的距离，有货物时就是车厢顶到货物的距离。
需要说明的是，红外线测距传感器100呈均匀分布安装在车顶，传感器数量视车厢规格而定，通常车厢越大传感器越多，计算时需要每个传感器在车厢的坐标，传感器多少不影响计算过程。
体积计算模块200用于将车厢空间坐标化，构建车厢XYZ轴坐标系。其中，Z轴为红外线测距传感器100的距离方向，在该方向上布设有多个红外线测距传感器100以对车厢内进行测距采样。
体积计算模块200构建车厢XYZ轴坐标系，包括：设车厢位于第一象限、顶点与坐标原点对齐，由于车厢边缘没有计算出每一个传感器100的坐标，将在最外圈的红外测距传感器100的Z轴坐标复制填充到车厢边缘最近的点，生成新的坐标点集。因为传感器不会安装在车厢最边缘，和车厢最边缘有一定距离，这个距离不会太远，所以这里的“将在最外圈的红外测距传感器的Z轴坐标复制填充到车厢边缘最近的点”复制依据就是就近复制最外圈的传感器采样值。
然后，体积计算模块200根据Z轴上红外线测距传感器100的采样值构建三角网分割空间，利用Z轴上的采样值对空间进行线性插值，构建多个最小三角网。即，将红外线测距传感器的采样值在空间进行线性插值。这样做是因为传感器采样值是点，但是计算体积需要的是需要完整的形状，所以线性插值来填补采样值间的空隙，根据三角网确定的三个顶点来插值，即三点确定一个面。
具体的，在XY坐标系中，体积计算模块200对每个小三角区域内按照该三角区域的3个顶点坐标的Z轴线性插值的方法填充一个顶面，以形成多个以最小三角区域为底的五面体。
在本发明的实施例中，体积计算模块200可以采用DELUANAY三角形方法实现空间分割。
其后，体积计算模块200利用二重定积分方法计算每个最小三角网的体积。由于已知顶面过三个点的坐标，即可通过点面方程确定平面方程。并且三角区域也为已知量，由此可以求得区域描述方程，即可通过定积分求得一个最小三角区域的五面体空间体积。
最后，体积计算模块200遍历分割得到的所有最小三角网，对每个最小三角网的体积进行求和V空间体积，计算车厢体积V车厢体积，并根据车厢体积计算货物体积V货物体积。
其中，V车厢体积＝w车厢宽·h车厢高·l车厢长，V货物体积＝V车厢体积-V空间体积。
体积计算模块200还用于在货车行驶途中，实时计算并监控货物体积，当检测到货物体积发生异常变化时，发出报警信号，，以利于监控。
并且，根据计算得到货物体积进行费用结算，可以直接用于费用结算。这种方式比人工统计方式，精确度更高，效率也有效提升。
根据本发明实施例的计算车厢空间装载率的方法及装置，通过红外线测距传感器采集的数据建模，实时自动化计算货车的车厢体积和空间体积，进而计算得到货物体积，用于自动化结算、实时智能监控。这种方式比人工统计方式，精确度更高，效率也有效提升。本发明采用红外线传感器阵列测得距离数据组，使用DELUANAY三角形方法，自适应构建三角网建模，使用线性插值估算货物分布，使用二重定积分计算体积。该方法计算效率较高，可以实时计算。通过对车辆车厢货物体积数据验证，实验结果表明该方法准确有效。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种计算车厢空间装载率的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，构建车厢XYZ轴坐标系，其中，Z轴为红外线测距传感器的距离方向，在该方向上布设有多个红外线测距传感器，由所述红外线测距传感器对车厢内进行测距采样；
步骤S2，根据Z轴上红外线测距传感器的采样值构建三角网分割空间，利用Z轴上的采样值对空间进行线性插值，在步骤S1中建立的坐标点集的XY坐标上构建多个最小三角网；
步骤S3，利用二重定积分方法计算每个最小三角网的体积；
步骤S4，遍历分割得到的所有最小三角网，对每个最小三角网的体积进行求和，计算车厢体积，并根据所述车厢体积计算货物体积。
2.如权利要求1所述的计算车厢空间装载率的方法，其特征在于，所述Z轴对应车厢顶部，多个所述红外线测距传感器安装在车厢的顶部上。
3.如权利要求1所述的计算车厢空间装载率的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，构建车厢XYZ轴坐标系，包括：设车厢位于第一象限、顶点与坐标原点对齐，由于车厢边缘没有计算出每一个传感器的坐标，将Z轴坐标复制填充到车厢边缘最近的点，生成新的坐标点集。
4.如权利要求1所述的计算车厢空间装载率的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，包括：在XY坐标系中，每个小三角区域内按照该三角区域的3个顶点坐标的Z轴线性插值的方法填充一个顶面，以形成多个以最小三角区域为底的五面体。
5.如权利要求1所述的计算车厢空间装载率的方法，其特征在于，在所述步骤S4之后，还包括如下步骤：实时计算并监控货物体积，当检测到货物体积发生异常变化时，发出报警信号，以及根据计算得到货物体积进行费用结算。
6.一种计算车厢空间装载率的装置，其特征在于，包括：多个红外测距传感器和体积计算模块，其中，
所述多个红外测距传感器安装于车厢的顶部，对车厢内进行测距采样；
所述体积计算模块用于构建车厢XYZ轴坐标系，其中，Z轴为红外线测距传感器的距离方向，在该方向上布设有多个红外线测距传感器以对车厢内进行测距采样；然后根据Z轴上红外线测距传感器的采样值构建三角网分割空间，利用Z轴上的采样值对空间进行线性插值，构建多个最小三角网；利用二重定积分方法计算每个最小三角网的体积；遍历分割得到的所有最小三角网，对每个最小三角网的体积进行求和，计算车厢体积，并根据所述车厢体积计算货物体积。
7.如权利要求6所述的计算车厢空间装载率的装置，其特征在于，所述体积计算模块构建车厢XYZ轴坐标系，包括：设车厢位于第一象限、顶点与坐标原点对齐，由于车厢边缘没有计算出每一个传感器的坐标，将Z轴坐标复制填充到车厢边缘最近的点，生成新的坐标点集。
8.如权利要求6所述的计算车厢空间装载率的装置，其特征在于，在XY坐标系中，所述体积计算模块对每个小三角区域内按照该三角区域的3个顶点坐标的Z轴线性插值的方法填充一个顶面，以形成多个以最小三角区域为底的五面体。
9.如权利要求6所述的计算车厢空间装载率的装置，其特征在于，所述体积计算模块实时计算并监控货物体积，当检测到货物体积发生异常变化时，发出报警信号，以及根据计算得到货物体积进行费用结算。
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