行車測(cè)繪儀/盤庫(kù)儀    

——產(chǎn)品手冊(cè)

V1.8

2021.08

第1章        概述

1.1              簡(jiǎn)介

米樂科技的雷達(dá)行車測(cè)繪儀產(chǎn)品能夠快速穩(wěn)定的獲取空間三維數(shù)據(jù)，并通過mirror3D點(diǎn)云處理軟件，靈活的使用腳本，快速進(jìn)行分析處理，比如體積計(jì)算，物料定位，物體識(shí)別等，然后，將處理結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)，生成報(bào)表以及網(wǎng)頁(yè)端展示。以此，適應(yīng)企業(yè)數(shù)據(jù)信息采集、自動(dòng)化、數(shù)字化的各類需求。

米樂科技自主研發(fā)的激光雷達(dá)行車測(cè)繪系統(tǒng)，基于高精度高性價(jià)比的單線、多線激光雷達(dá)，通過智能云臺(tái)實(shí)時(shí)角度控制，生成高密度點(diǎn)云，精度達(dá)厘米級(jí)，可用于三維建模、料位、煤堆、糧倉(cāng)等體積的檢測(cè)，也可以用智能倉(cāng)儲(chǔ)的無(wú)人化作業(yè)。雷達(dá)跟著行車運(yùn)行進(jìn)行掃描，掃描范圍、掃描速度，可以任意設(shè)置，用一根網(wǎng)線接收雷達(dá)數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化布線。雷達(dá)傳輸采用網(wǎng)口通訊，可以適應(yīng)遠(yuǎn)距離控制和數(shù)據(jù)傳輸，通過網(wǎng)絡(luò)（或者無(wú)線網(wǎng)）傳輸將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控或者總控中心?？梢远噙_(dá)幾十，甚至上百個(gè)雷達(dá)架設(shè)點(diǎn)，共用一個(gè)服務(wù)器，方便進(jìn)行集中控制，集中管理。

1.2              特點(diǎn)

l  通用性廣：不同種類、不同規(guī)格形狀、不同表面顏色、不同樣式擺放測(cè)量及建模需求。

l  安裝靈活：安裝高度和安裝角度可任意調(diào)節(jié)，測(cè)量角度可根據(jù)實(shí)際測(cè)量調(diào)節(jié)，還可以根據(jù)場(chǎng)地的大小和物體料堆的大小進(jìn)行實(shí)際調(diào)節(jié)。

l  適應(yīng)能力強(qiáng)：抗干擾、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，不受環(huán)境光線的限制光線昏暗或者夜晚也能正常測(cè)量。

l  性能*：激光雷達(dá)采用工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，IP67防護(hù)等級(jí)，量程10-150米（測(cè)量距離可根據(jù)實(shí)際要求選取）測(cè)量穩(wěn)定，精度可達(dá)厘米級(jí)。

l  快速實(shí)施：可使用mirror3D點(diǎn)云處理軟件，靈活的腳本，快速進(jìn)行分析處理，也可以進(jìn)行二次開發(fā)。

l  無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定：出廠設(shè)置適用狀態(tài)。

l  設(shè)置簡(jiǎn)單：任何人都可以在短時(shí)間內(nèi)簡(jiǎn)單設(shè)定。

l  使用壽命長(zhǎng)：擁有IP67 外殼防護(hù)等級(jí)，抗沖擊性好，并采用高韌性電纜，可放心使用

1.3              型號(hào)說明

①           代表雷達(dá)掃描范圍：

HR360：范圍360度

②           代表雷達(dá)通道數(shù)：

L1：?jiǎn)尉€激光

L16：16線激光

③           代表雷達(dá)有效距離：

D30：30米

D50：50米

D150：150米

第2章        快速使用

2.1              開箱檢查

打開包裝前，請(qǐng)先檢查外包裝標(biāo)明的產(chǎn)品型號(hào)是否與訂購(gòu)的產(chǎn)品一致。打開包裝后，請(qǐng)先戴上防靜電手套，然后按照《裝箱清單》或訂購(gòu)合同仔細(xì)核對(duì)配件是否齊備。檢查產(chǎn)品表面是否有機(jī)械損壞，如果表面有損壞，或產(chǎn)品內(nèi)容與《裝箱清單》或訂購(gòu)合同不符，請(qǐng)不要使用，并立即與米樂科技聯(lián)系。

表 1裝箱清單

2.2              安裝環(huán)境

l 遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁干擾環(huán)境，遠(yuǎn)離大功率用電器。

l 避免與大功率用電器共用電源。

l 激光雷達(dá)設(shè)備線纜避免與強(qiáng)電流或電壓頻繁切換的供電線平行鋪設(shè)。

2.3              準(zhǔn)備工作

在安裝之前，請(qǐng)先準(zhǔn)備好以下物品：

l Ethernet 線纜（7 類線以上或者支持 10GBASE-T）；

l 萬(wàn)用表；

l 剝線鉗；

l 壓線鉗；

l 十字螺絲刀一套；

l 內(nèi)六角扳手一套

第3章        硬件連接及安裝

3.1              快速連接

圖 1接線圖

本產(chǎn)品使用方便，在使用本產(chǎn)品前必須注意配置的電源適配器不能使用錯(cuò)誤，連接設(shè)備各器件時(shí)要按規(guī)范要求進(jìn)行操作。

3.2              安裝方式

3.2.1        雷達(dá)安裝

圖 2雷達(dá)安裝方式

3.2.2        編碼器安裝

圖 3編碼器安裝方式

3.2.3        零位開關(guān)安裝

圖 4零位開關(guān)安裝方式

在安裝雷達(dá)、編碼器、零位開關(guān)時(shí)需要注意安裝牢固，行車在運(yùn)行過程中安裝的設(shè)備部件不能有抖動(dòng)現(xiàn)象，設(shè)備部件需要跟隨行車運(yùn)行。但是安裝的設(shè)備部件不能影響行車的正常工作。編碼器的計(jì)米輪要緊貼在行車軌道上，編碼器計(jì)米輪不能緊固在行車上，使計(jì)米輪能自由的根據(jù)編碼器上彈簧的伸縮上下波動(dòng)，很順暢的在行車軌道上自由跟隨行車運(yùn)行。零位開關(guān)安裝后需要調(diào)整開關(guān)的觸碰角度和長(zhǎng)度。雷達(dá)安裝時(shí)需要注意雷達(dá)的掃描角度。如果設(shè)備部件安裝距離遠(yuǎn)需要延長(zhǎng)電源和數(shù)據(jù)線時(shí)，需要注意電源的正負(fù)極和設(shè)備的信號(hào)線的線序不能接錯(cuò)，詳細(xì)閱讀各部件線纜說明，接錯(cuò)線纜會(huì)損壞設(shè)備各部件，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

第4章        系統(tǒng)配置

4.1              系統(tǒng)配置

設(shè)備根據(jù)其功能模塊大致可以劃分成硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大子系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)包含主控箱模塊、傳感器模塊、雷達(dá)模塊、控制器模塊、網(wǎng)橋模塊以及零位限位模塊。軟件系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)分析等模塊。

設(shè)備通過行車跟隨設(shè)備帶動(dòng)激光雷達(dá)（感知設(shè)備）對(duì)物料位置進(jìn)行掃描；使用編碼器對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行補(bǔ)償修正；整體設(shè)備為簡(jiǎn)化布線和安裝難度，使用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。前端感知設(shè)備采集物料的表面外形數(shù)據(jù)并回傳至控制器，通過軟件系統(tǒng)的處理、建模、定位。

表 2控制各部件說明

圖 5系統(tǒng)配置

4.2              雷達(dá)接線圖

圖 6接線圖

如需多點(diǎn)采集，可以通過交換機(jī)將多個(gè)雷達(dá)并聯(lián)到一起，通過一根網(wǎng)線與上位機(jī)通訊。

4.3              軟件顯示和配置雷達(dá)

隨雷達(dá)附送的點(diǎn)云顯示軟件解析數(shù)據(jù)包和設(shè)備包信息，顯示 3D 點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過可視化界面，用戶可以重置雷達(dá)參數(shù)。具體操作流程參見 雷達(dá)設(shè)置章節(jié)。

雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)缺省的參數(shù) IP 和端口號(hào)如下表：

表 3 雷達(dá)默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)配置

注意： 1. 設(shè)置雷達(dá) P IP 時(shí) ， 本地 P IP 與 目的 P IP 不能 設(shè)置為同一 IP ， 否則雷達(dá)將不能正常工作。

2. 雷達(dá)組播模式時(shí)，兩個(gè)目的端口禁止設(shè)置為同一個(gè)端口號(hào)。

連接雷達(dá)時(shí)，電腦與雷達(dá)的 IP 在不同網(wǎng)段時(shí)，需要設(shè)置網(wǎng)關(guān)；相同網(wǎng)段時(shí)，設(shè)置不同 IP 即可，例如：192.168.1.x，子網(wǎng)掩碼為 255.255.255.0。若需查找雷達(dá)的以太網(wǎng)配置信息，連接雷達(dá)后電腦可以使用Wireshark 軟件抓取設(shè)備 ARP 包進(jìn)行分析，有關(guān) ARP 包的特征識(shí)別，雷達(dá)連接電腦上直接查看雷達(dá)數(shù)據(jù)。

第5章        指示燈

5.1              指示燈定義

表 4控制器指示燈說明

第6章        軟件系統(tǒng)

每當(dāng)設(shè)備完成一個(gè)流程，數(shù)據(jù)回至后端服務(wù)器后，軟件自動(dòng)開始數(shù)據(jù)處理和結(jié)算。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理是經(jīng)由實(shí)時(shí)采集，有線傳輸至工控機(jī)后，在工控機(jī)內(nèi)完成的處理、建模、分析。密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)能真實(shí)的反映出測(cè)場(chǎng)的空間位置關(guān)系、環(huán)境內(nèi)特征物的外形、選定區(qū)域的長(zhǎng)度面積等，通過內(nèi)嵌數(shù)據(jù)分析軟件的交互，可以為用戶提供所測(cè)區(qū)域的上述信息

原始數(shù)據(jù)的處理和建模時(shí)內(nèi)嵌于軟件系統(tǒng)之中，在設(shè)備開機(jī)后就同步運(yùn)行完成的。分析模塊有簡(jiǎn)單而又直觀的用戶交互界面，提供數(shù)據(jù)模型查看、數(shù)據(jù)記錄、歷史數(shù)據(jù)回溯、設(shè)備狀態(tài)自檢、分析報(bào)告生成等功能，幫助使用人員能方便的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

6.1              雷達(dá)掃描

圖7數(shù)據(jù)處理分析軟件

軟件的界面和實(shí)際功能可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行部分調(diào)整。

數(shù)據(jù)處理模塊能實(shí)現(xiàn)采集過程中設(shè)備姿態(tài)的自動(dòng)調(diào)節(jié)、單幀點(diǎn)云數(shù)據(jù)解算及定位數(shù)據(jù)融合轉(zhuǎn)換、噪點(diǎn)過濾等多個(gè)單元。

(1) 原始數(shù)據(jù)解析單元，利用軟件庫(kù)對(duì)硬件數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀和分析處理，并濾除無(wú)用的點(diǎn)云信息；

(2) 定位信息融合單元，主要用于將采集過程中將編碼器取得的位置信息融合到雷達(dá)采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中，使得點(diǎn)云數(shù)據(jù)與實(shí)際表面信息對(duì)應(yīng)；

(3) 噪點(diǎn)濾波單元，用于對(duì)所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，去除所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪點(diǎn)，得到去噪后的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

6.2              數(shù)據(jù)建模模塊

點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過初步處理，可以獲取到地形環(huán)境和目標(biāo)物的相對(duì)三維位置信息，結(jié)合通過定位技術(shù)獲得的精準(zhǔn)的點(diǎn)云原點(diǎn)的大地空間坐標(biāo)信息，利用三維點(diǎn)云的變形轉(zhuǎn)換（平移、旋轉(zhuǎn)、有縮放）算法轉(zhuǎn)換點(diǎn)云集“單幀數(shù)據(jù)”中的每個(gè)點(diǎn)，來生成最終空間直角空間坐標(biāo)系統(tǒng)下的點(diǎn)云集合。數(shù)據(jù)后處理時(shí)，需要將不同測(cè)站的點(diǎn)云通過一定的方式拼接成一個(gè)整體，來構(gòu)建一個(gè)完整的場(chǎng)景。

受限于掃描設(shè)備本身的掃描范圍，為了獲取目標(biāo)物料堆以及周邊的全貌表面三維信息，獲取的數(shù)據(jù)時(shí)針對(duì)目標(biāo)物不同角度和方位的掃描數(shù)據(jù)。掃描過程中，軟件錄入掃描設(shè)備每次獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的掃描角度和原點(diǎn)位置信息，待數(shù)據(jù)回傳至前端處理器后，軟件算法根據(jù)每個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的角度和掃描原點(diǎn)位置對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，進(jìn)而得到目標(biāo)物和周邊環(huán)境的全貌點(diǎn)云。

圖8數(shù)據(jù)建模分析

掃描完成后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行截取、變換、拼接、空洞填充、體積計(jì)算，計(jì)算所測(cè)量料堆的體積。

分辨率與空洞填充的值相對(duì)應(yīng)；

基準(zhǔn)面要與料倉(cāng)底部一致，或者先采集空料倉(cāng)，讓基準(zhǔn)面低于料倉(cāng)底部測(cè)得空料倉(cāng)體積，再裝料采集，基準(zhǔn)面不變，用采集到得體積減去空料倉(cāng)體積，就可以得到料倉(cāng)內(nèi)的物料體積。

表 5 多次體積測(cè)量分析

圖9 數(shù)據(jù)建模分析

幾千平方米的范圍內(nèi)體積測(cè)量重復(fù)精度可以達(dá)到千分之一以內(nèi)。

6.3              報(bào)表模塊

考慮到物料堆放的盤查工作是一個(gè)周期性的，對(duì)歷史數(shù)據(jù)回溯有一定依賴的，需要反復(fù)勘驗(yàn)過往數(shù)據(jù)的一項(xiàng)工作。對(duì)物料檢測(cè)系統(tǒng)在工作生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，通過報(bào)表的方式對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，使用戶可以回溯調(diào)取之前3個(gè)月（可以延長(zhǎng)保存日期）內(nèi)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，達(dá)到集成化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和應(yīng)用，來滿足整個(gè)智能化生產(chǎn)作業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)的依賴。

行車3D視覺設(shè)備在每次完成一個(gè)工作流程后會(huì)生成海量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和分析提取隔間物料堆體量數(shù)據(jù)。為了減少內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的壓力， 在每次完成盤庫(kù)后檢測(cè)的數(shù)據(jù)會(huì)生成報(bào)表保存在文件內(nèi)。

檢測(cè)報(bào)告中主要顯示了物料體積和物料的重量數(shù)據(jù)，并且顯示了整體物料倉(cāng)的掃描模型效果，也展示了每個(gè)料倉(cāng)的模型。

檢測(cè)報(bào)告是按時(shí)間自動(dòng)保存，每使用一次檢測(cè)報(bào)告就保存一次。這樣可以方便后期查看，也可以作為資料存檔。

圖10報(bào)表示例

第7章        功能特點(diǎn)

7.1              硬件功能特色

表6設(shè)備硬件系統(tǒng)各模塊特點(diǎn)

行車3D視覺設(shè)備的硬件系統(tǒng)最主要的功能是根據(jù)行車的行進(jìn)方向，對(duì)行車底部的物料堆做定期的巡回式位置數(shù)據(jù)采集和體積統(tǒng)計(jì)。整體硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核心思路是追求設(shè)備的運(yùn)行高度自動(dòng)化，設(shè)備操作的少人化（行車司機(jī)1人），操作簡(jiǎn)單直觀（無(wú)需大量技術(shù)背景或培訓(xùn)），維護(hù)簡(jiǎn)易方便，能滿足智能化工業(yè)生產(chǎn)升級(jí)的需求。設(shè)備的各個(gè)模塊相互配合，在下達(dá)作業(yè)命令后，會(huì)按預(yù)設(shè)程序自行完成工作區(qū)域物料位置數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架也非常靈活，具有一定的拓展性，可以追加諸如激光測(cè)距定位、慣性導(dǎo)航、室內(nèi)無(wú)線定位、視覺系統(tǒng)等模塊。

7.2              軟件功能特色

在對(duì)物料堆三維建模的過程中，由于受測(cè)量設(shè)備測(cè)量范圍的限制以及被測(cè)物體外形的復(fù)雜性等，掃描設(shè)備在單一位置只能得到物體某一部分表面的數(shù)據(jù)，無(wú)法得到空間完整的形狀信息。本方案的軟件算法，可以融合從不同角度位置的量測(cè)，配合定位數(shù)據(jù)的補(bǔ)償算法，經(jīng)過配準(zhǔn)后才能重構(gòu)出整個(gè)空間。對(duì)不同位置下測(cè)量得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高精度處理拼接是本方案的一項(xiàng)重要特點(diǎn)。

同時(shí)工廠采集的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理還面臨以下挑戰(zhàn)：

l  點(diǎn)云數(shù)據(jù)密度不均勻

l  遮擋物導(dǎo)致數(shù)據(jù)需要去除

l  沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)有震動(dòng)和偏移

l  大量重復(fù)數(shù)據(jù)需要精簡(jiǎn)抽稀

l  灰塵、氣候、人為原因造成的噪聲需要去除

這些問題的解決方式是通過已有的成熟算法和大量的工程試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，把地面適用的數(shù)據(jù)采集和技術(shù)嫁接到礦井的工作環(huán)境下，沿用通用的數(shù)據(jù)算法和分析流程，同時(shí)也是本產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一大特色。

同時(shí)，由于設(shè)備使用的不同，周邊環(huán)境因素，所輸出的數(shù)據(jù)不可能*一致，點(diǎn)云數(shù)據(jù)不可避免出現(xiàn)噪點(diǎn)或接邊兼容性的問題。因此在建模前需通過特殊處理將數(shù)據(jù)融合，去噪，定位后才能更好進(jìn)行合拼和特征提取。在解決融合和處理等問題后，需要將匯總的數(shù)據(jù)自動(dòng)生成三維模型以便在視覺上進(jìn)行展示。這個(gè)環(huán)節(jié)的核心是將原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換成可進(jìn)行更多分析與功能應(yīng)用的數(shù)據(jù)鏈，并可讓其他輸出平臺(tái)統(tǒng)一應(yīng)用系統(tǒng)。

表 7自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)各模塊特點(diǎn)

在點(diǎn)云數(shù)據(jù)的過濾方面主要通過條件濾波模塊和半徑濾波模塊對(duì)實(shí)采點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波操作，去除孤立的噪點(diǎn)，提升點(diǎn)云數(shù)據(jù)質(zhì)量。在其他實(shí)施例中，該噪點(diǎn)濾波單元還包括直通濾波模塊、體素濾波模塊、統(tǒng)計(jì)濾波模塊、條件濾波模塊和半徑濾波模塊中的一種或多種，通過這些濾波模塊可以去除點(diǎn)云中的噪聲和離群點(diǎn)，得到有用的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的三維建模。數(shù)據(jù)處理算法實(shí)現(xiàn)了采集過程中設(shè)備姿態(tài)的自動(dòng)調(diào)節(jié)、單幀點(diǎn)云數(shù)據(jù)的定位及補(bǔ)償糾正、多幀點(diǎn)云數(shù)據(jù)的全局整合以及對(duì)噪點(diǎn)數(shù)據(jù)的過濾篩選等功能。物料堆的三維建模實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)二維圖像到空間三維信息的突破，通過已有的算法，可以在三維模型數(shù)據(jù)上實(shí)現(xiàn)空間信息的量測(cè)感知以及特殊外形的判定和分辨。

第8章        附錄

8.1              系統(tǒng)配置清單及功能描述

8.2              數(shù)據(jù)及展示

8.3              外部接口