CN113959337A - 基于单线激光雷达的散料装车实时堆积量计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于单线激光雷达的散料装车实时堆积量计算方法，从车厢行进方向前端开始顺序间隔获取一段车厢长度的装载重量；顺着车厢的长度顺序累计每一段车厢长度的装载重量，计算一定长度段的装载重量，将一定长度段的装载重量与所述车厢前后装载配重数据进行比较；根据比较结果调整溜槽口的开口大小或行车速度；本发明通过比较当前车厢位置处的已装载散料总重量基准值与实际值大小，即可进一步用于实现散料装车的溜槽开度大小控制，避免用瞬时值调节时会出错，以保证散料装载堆积的均匀性，避免车厢出现前后偏载问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于单线激光雷达的散料装车实时堆积量计算方法。
背景技术
目前我国散料装车需求量很大，但是存在装车站设备自动化水平低的问题，严重制约了散料外运作业的生产效率。且不同类型、不同批次的散料流动性差异较大，影响列车行进过程中的散料装载均匀性。如果散料在车厢中的堆积均匀性较差，会导致车厢前后偏载，威胁散料运输的安全，存在发生安全事故的风险，不能满足散料外运要求。
在传统的人工手动散料装车过程中，通过观察散料的堆积高度，来判断当前车厢行进位置的落料量是否合适。但是，人眼观察偏差较大，易造成溜槽开度调整不及时、不准确。随着自动化装车技术的不断发展，可采用激光雷达等类型的传感器测量已装载散料的堆积情况。但是该检测值为瞬时值，是依靠上一时刻瞬时的装载量来控制装车，而用瞬时高度值会有开度调节误差不断累积，且不能反映车厢内已装载散料的总堆积量，制约了后续溜槽开度调节的准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于单线激光雷达的散料装车实时堆积量计算方法，是为更准确地调整装车过程中的溜槽开度，在检测车厢内散料堆积瞬时数据的基础上，提出的一种计算行进装车过程中车厢内已装载散料实时堆积量的方法。
为了实现上述目的，本发明的方案是：
基于单线激光雷达的散料装车实时堆积量计算方法，用于散装车行进中的装料平衡监控，在散装车经过装车作业区域的装料溜槽的溜槽口上方设置单线激光雷达，获取当前装载车辆车厢尺寸数据以及车厢前后装载配重数据，获取装载物料单位体积重量数据，在装车作业区域旁设置有测速传感器，测速传感器用以测量散装车的装车行进速度，当车厢进入装载区溜槽口打开开始装料，其中，所述散料装车实时堆积量计算方法的步骤包括：
一，从车厢行进方向前端开始顺序间隔获取一段车厢长度的装载重量；
二，顺着车厢的长度顺序累计每一段车厢长度的装载重量，计算一定长度段的装载重量，将一定长度段的装载重量与所述车厢前后装载配重数据进行比较；
三，根据比较结果调整溜槽口的开口大小或行车速度；
其中：所述的车厢前后装载配重数据是事先装载确定的前后装载配重数据。
方案进一步是：所述获取一段车厢长度的装载重量的过程是：
一，通过单线激光雷达扫描持续获取车厢横断面散料数据点装载高度；
二，根据行车速度和两次间隔时间差计算得到两次间隔时间通过的装载车厢长度，然后，根据长度、车厢宽度和散料高度得到通过的装载车厢长度的散料体积，又根据物料单位体积重量进而得到一段车厢长度的装载重量。
方案进一步是：所述两次间隔时间是对应行走一段车厢长度为5cm至25cm行车速度的间隔时间。
方案进一步是：所述车厢横断面已装载散料的激光数据点避开溜槽口落料区。
方案进一步是：所述事先装载确定的前后装载配重数据，是根据技术要求事先人工装车，对每种散料类型、车厢类型均进行5次以上的装车配重计算得到的基准数据；其中：所述一定长度段的装载重量是在装车配重分段计算得到的。
方案进一步是：所述一定长度是从5cm至50cm之间选择的长度。
本发明与现有技术的对比其优点是：通过比较当前车厢位置处的已装载散料总重量基准值与实际值大小，即可进一步用于实现散料装车的溜槽开度大小控制，避免用瞬时值调节时会出错，以保证散料装载堆积的均匀性，避免车厢出现前后偏载问题。
下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
附图说明
图1是本发明激光雷达安装位置示意图；
图2是本发明顺序时间段示意图；
图3是匀速前进时车厢尺寸及相邻采集时刻扫描线示意图；
图4是本发明单条扫描线体积计算局部示意图。
具体实施方式
基于单线激光雷达的散料装车实时堆积量计算方法，用于散装车行进中的装料平衡监控，如图1和图2所示，在散装车1经过装车作业区域的装料溜槽2的溜槽口201上方通过支架3设置单线激光雷达4，在装车作业区域入口设置有RF射频读取装置，通过RF射频读取装置可以获取车辆的信息，信息中包括当前装载车辆车厢尺寸数据以及车厢前后装载配重数据，从中央控制器在数据库中获取装载物料单位体积重量数据，本方法需要知道装载车辆的行进速度以配合计算，所以在装车作业区域旁设置有测速传感器5，测速传感器5用以测量散装车的装车行进速度，当车厢按照箭头6指示的方向进入装载区，溜槽口打开开始装料，其中，所述散料装车实时堆积量计算方法的步骤包括：
一，从车厢行进方向前端，即避开溜槽口201下落料区7的前端，开始顺序间隔获取一段车厢长度8的装载重量；
二，顺着车厢的长度顺序累计每一段车厢长度的装载重量，计算一定长度段的装载重量，将一定长度段的装载重量与所述车厢前后装载配重数据进行比较；
三，根据比较结果调整溜槽口的开口大小或行车速度；
其中：所述的车厢前后装载配重数据是事先装载确定的前后装载配重数据。
方法中：所述获取一段车厢长度的装载重量的过程是：
一，通过单线激光雷达扫描持续获取车厢横断面散料数据点的装载高度，如图2所示，顺序获取t1、t2、、t3、t3、t4、、t5、、t6时间点的散料数据点，并通过已知的车厢数据计算得到散料数据点的装载高度；是所述装载高度是车厢横断面的散料装载高度；为了避免落料所产生的撒溅对测量产生的影响，横断面已装载散料的激光数据点需避开溜槽口下端的落料区7。
二，根据行车速度和两次间隔时间差计算得到两次间隔时间通过的装载车厢长度，然后，根据长度、车厢宽度和散料高度得到通过的装载车厢长度的散料体积，又根据物料单位体积重量进而得到一段车厢长度的装载重量。
其中：所述两次间隔时间是对应行走一段车厢长度为5cm至25cm行车速度的间隔时间。
其中：所述事先装载确定的前后装载配重数据，是根据技术要求事先人工装车，对每种散料类型、车厢类型均进行5次以上的装车配重计算得到的基准数据；其中：所述一定长度段的装载重量是在装车配重分段计算得到的；所述一定长度是从5cm至50cm之间选择的长度。
下面是对演算过程做进一步的详细描述：
单节车厢中已堆积散料的总体积根据散料表面通过单线激光传感器获取的点云高度进行点云高度值计算。在来车方向通过RFID射频车号识别***获取驶入车厢的型号，将车厢型号进而可获取对应此型号车厢的底面长度与宽度。
在单线雷达安装时保证其扫描点云数据线与车厢宽度方向平行，在此前提下，建立三维直角坐标系。为方便语言与公式叙述，假定x方向为车厢宽度方向，y方向为列车行进方向，对应的z方向为车厢高度方向。
为降低数据计算量，每间隔固定时间采集一次扫描数据线，用于更新车厢内已装载散料总体积。Δy为所选取用于计算体积的相邻采集时刻雷达扫描数据线之间的距离。为保证散料堆体积计算的准确性，所选取的固定采集时间间隔应根据列车行进中的实时速度大小设置，以使得相邻时刻数据线的间距Δy在5cm～25cm之间，同时保证点云数据处理的效率和散料体积计算的准确性。由于溜槽开度调整耗时1～3s，故扫描线采集频率无需过高，上述扫描线间距范围要求数据线采集频率在1～10Hz之间。相邻时刻扫描线的间距可表达为：
Δy＝v·Δt
式中，Δt为所选取的时间间隔，v为列车行进速度。列车行进速度一般由铁牛设备控制或司机手动控制，导致在一次装车过程中行进速度可能发生变化，所以需要将行进速度v从PLC控制器端实时发送至信息处理服务器端。如果行进速度调整，则对应调整Δt的取值，并重新计算Δy。列车行进速度根据安装于车厢两侧的光栅组检测数据实时计算。
图4是单条扫描线体积计算示意图，图4中曲线表示第i条点云扫描数据线局部，j用于表示在该条扫描线中的第j个数据点。长条立方体表示该数据点所包含的散料体积计算网格范围，其中，在y方向上的计算范围是如图3所示的两个时间点之间，两条虚线代表相邻扫描线的中间对称线。第i条扫描线上第j个数据点的计算范围即在两条虚线之间，长度为前述根据车速设定的相邻扫描线间距Δy。在x方向上的计算范围如图3所示，计算边界分别取到该数据点与两侧相邻数据点x坐标的中间值，则计算范围Δxij为：
进而可根据该点的高度值zij计算此立方体网格区域内的物料体积Vij：
Vij＝zij·Δxij·Δy
其中，如果所计算的散料数据点位于与车厢壁数据点的相交处，则取该点与相邻车厢壁数据点的中间值作为计算区间边界。
进而可对所有散料数据点对应的网格体积不断进行累积求和：
式中，mi表示第i条扫描线的数据点总数量，n表示截止当前时刻已纳入车厢内散料堆积量计算的扫描数据线总数量，Vnow表示截止当前时刻的已装载散料总体积。依据上述计算方法，散料体积在1m单位长度内的计算误差小于0.18m2。
为将已装载散料体积累积值与车厢行进至当前位置时已装载散料体积基准值进行比较，需对每一种散料在每一种型号车厢中的人工装车数据进行分析，其中人工装车数据应来源于经验丰富的操作员。进行单节车厢人工装车试验，取散料堆积均匀性较好的数据，用于计算人工装车至各车厢位置时的散料体积，车厢实时位置依据安装于车厢两侧的光栅组检测数据完成计算。对每种散料类型、车厢类型均进行5次以上的装车试验，并排除受人为因素干扰、导致偏差较大的试验结果，再对保留的试验结果取平均值作为基准数据。根据行进至当前车厢位置所对应的已装载散料体积基准值，建立每种散料对应C80、C70、C64、C62等各种型号车厢的装载量数据库，数据库中车厢位置间隔应小于等于前述相邻采集数据线间距。根据数据库中相邻位置数据，线性插值计算任意车厢位置处的已装载散料体积基准值。
在自动化装车过程中，通过比较当前车厢位置处的已装载散料总体积基准值与实际值大小，即可进一步用于实现散料装车的溜槽开度大小控制，以保证散料装载堆积的均匀性，避免车厢出现前后偏载问题。
Claims (6)
1.基于单线激光雷达的散料装车实时堆积量计算方法，用于散装车行进中的装料平衡监控，在散装车经过装车作业区域的装料溜槽的溜槽口上方设置单线激光雷达，获取当前装载车辆车厢尺寸数据以及车厢前后装载配重数据，获取装载物料单位体积重量数据，在装车作业区域旁设置有测速传感器，测速传感器用以测量散装车的装车行进速度，当车厢进入装载区溜槽口打开开始装料，其特征在于，所述散料装车实时堆积量计算方法的步骤包括：
一，从车厢行进方向前端开始顺序间隔获取一段车厢长度的装载重量；
二，顺着车厢的长度顺序累计每一段车厢长度的装载重量，计算一定长度段的装载重量，将一定长度段的装载重量与所述车厢前后装载配重数据进行比较；
三，根据比较结果调整溜槽口的开口大小或行车速度；
其中：所述的车厢前后装载配重数据是事先装载确定的前后装载配重数据。
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述获取一段车厢长度的装载重量的过程是：
一，通过单线激光雷达扫描持续获取车厢横断面散料数据点装载高度；
二，根据行车速度和两次间隔时间差计算得到两次间隔时间通过的装载车厢长度，然后，根据长度、车厢宽度和散料高度得到通过的装载车厢长度的散料体积，又根据物料单位体积重量进而得到一段车厢长度的装载重量。
3.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述两次间隔时间是对应行走一段车厢长度为5cm至25cm行车速度的间隔时间。
4.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述车厢横断面已装载散料的激光数据点避开溜槽口落料区。
5.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述事先装载确定的前后装载配重数据，是根据技术要求事先人工装车，对每种散料类型、车厢类型均进行5次以上的装车配重计算得到的基准数据；其中：所述一定长度段的装载重量是在装车配重分段计算得到的。
6.根据权利要求5所述的计算方法，其特征在于，所述一定长度是从5cm至50cm之间选择的长度。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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