料場(chǎng)堆取料機(jī)無(wú)人操作系統(tǒng)

堆取料機(jī)無(wú)人操作系統(tǒng)，主要是指在堆取料機(jī)作業(yè)時(shí)，在保證充分發(fā)揮堆取料機(jī)的堆取料能力和其它功能基礎(chǔ)上，堆取料機(jī)司機(jī)室內(nèi)沒(méi)有操作人員進(jìn)行操作和監(jiān)視，中央控制室內(nèi)也不需要操作人員進(jìn)行全程的控制操作。中央控制機(jī)從管理機(jī)獲得作業(yè)計(jì)劃或者自行編制作業(yè)計(jì)劃，根據(jù)作業(yè)料堆在料場(chǎng)中的三維空間形狀數(shù)據(jù)，結(jié)合堆取料機(jī)的物理尺寸數(shù)據(jù)，通過(guò)優(yōu)化計(jì)算獲得堆取料機(jī)的取料或堆料位置，形成作業(yè)指令，將作業(yè)指令發(fā)送到相應(yīng)的堆取料機(jī)PLC，中控操作人員確認(rèn)作業(yè)任務(wù)（作業(yè)料堆、作業(yè)料種、作業(yè)噸位等）正確和環(huán)境安全因素后，由堆取料機(jī)進(jìn)行無(wú)人駕駛的堆、取料作業(yè)。在堆取料過(guò)程中，中控操作人員可以通過(guò)監(jiān)控終端和視頻終端實(shí)時(shí)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過(guò)程，必要時(shí)可以通過(guò)位于中央控制室的操作臺(tái)對(duì)堆、取料作業(yè)進(jìn)行手動(dòng)干預(yù)和作業(yè)調(diào)整。
實(shí)現(xiàn)料堆實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤的三維成像方法，是利用堆取料機(jī)的走行、俯仰、回旋運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)安裝在堆取料機(jī)懸臂前方的激光掃描裝置對(duì)料堆進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，對(duì)獲得的激光掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、坐標(biāo)轉(zhuǎn)化、網(wǎng)格規(guī)范化處理、插值處理后生成規(guī)則的三維數(shù)據(jù)，最終生成整個(gè)料場(chǎng)的完整網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫(kù)；
由三維成像控件從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出料場(chǎng)網(wǎng)格坐標(biāo)信息，以料場(chǎng)為圖像顯示區(qū)域、料場(chǎng)地面為顯示基面，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的坐標(biāo)還原，完成料堆三維圖像顯示；高密度數(shù)據(jù)的快速采集在操作過(guò)程中，每秒可獲得料堆10次以上輪廓；高速度的數(shù)據(jù)處理與分析，數(shù)據(jù)處理由計(jì)算機(jī)快速自動(dòng)完成；簡(jiǎn)易的三維圖形操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)被測(cè)目標(biāo)的立體重現(xiàn)，并能夠進(jìn)行圖形的旋轉(zhuǎn)、平移和局部放大等交互操作，測(cè)量結(jié)果一目了然。并實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)內(nèi)容，同時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)內(nèi)容的變化觸發(fā)三維成像控件從數(shù)據(jù)庫(kù)讀取一次數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)終端顯示的三維料場(chǎng)圖像實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新。具體的說(shuō)：數(shù)據(jù)預(yù)處理的過(guò)程是，堆取料機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)是通過(guò)堆取料機(jī)的走行、俯仰、回旋刻度標(biāo)尺輸出的走行值、俯仰角度、回旋角度獲得，堆取料機(jī)懸臂的動(dòng)作反應(yīng)在俯仰角度、回旋角度的變化上；激光掃描裝置采集的數(shù)據(jù)是發(fā)射光心在0到180度范圍內(nèi)，周期性的以每0.5度或0.25度發(fā)射角度間隔發(fā)射光束，通過(guò)測(cè)量發(fā)射光束與料堆表面反射光束的時(shí)間差得出激光掃描裝置發(fā)射光心到料堆反射表面空間距離；激光掃描裝置安裝相對(duì)位置數(shù)據(jù)是激光掃描裝置到俯仰軸的距離，俯仰角度在零度時(shí)激光掃描裝置相對(duì)于地面的高度；堆取料機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)與激光掃描裝置采集的數(shù)據(jù)在時(shí)間上實(shí)現(xiàn)同步匹配。堆取料機(jī)走行、俯仰、回旋刻度標(biāo)尺的數(shù)據(jù)刷新與激光掃描裝置的數(shù)據(jù)刷新兩者的數(shù)據(jù)匹配原則是以激光掃描數(shù)據(jù)的時(shí)間為準(zhǔn)，用最接近該時(shí)間的刻度標(biāo)尺數(shù)據(jù)去匹配激光掃描數(shù)據(jù)，這樣每個(gè)時(shí)刻激光掃描數(shù)據(jù)都與刻度標(biāo)尺的信息建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系。
數(shù)據(jù)坐標(biāo)化處理過(guò)程是，首先以激光掃描裝置為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，某一時(shí)刻來(lái)自激光掃描裝置的距離值和對(duì)應(yīng)的發(fā)射角度值放入此坐標(biāo)系下；隨后對(duì)應(yīng)料場(chǎng)建立料場(chǎng)坐標(biāo)系，沿堆取料機(jī)走行軌道方向作為Y軸，平行料場(chǎng)地面并垂直軌道方向?yàn)閄軸，垂直料場(chǎng)地面方向?yàn)閆軸；料場(chǎng)坐標(biāo)系的原點(diǎn)與堆取料機(jī)走行值的原點(diǎn)重合，以堆取料機(jī)俯仰軸中心作為相對(duì)基點(diǎn)；安裝于堆取料機(jī)懸臂上的激光掃描裝置在當(dāng)前時(shí)刻在料場(chǎng)坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)光掃描裝置到相對(duì)基點(diǎn)的空間距當(dāng)前時(shí)刻俯仰刻度標(biāo)尺輸出的俯仰角度值，回轉(zhuǎn)刻度標(biāo)尺輸出的回轉(zhuǎn)角度值，激光掃描裝置在俯仰角度為0度時(shí)相對(duì)于地面的高度。
    GNSS三維坐標(biāo)位置檢測(cè)系統(tǒng)可提供堆取料機(jī)走行定位系統(tǒng)輸出的走行值；根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻激光掃描數(shù)據(jù)與堆取料機(jī)走行定位系統(tǒng)的位置信息產(chǎn)生對(duì)應(yīng)關(guān)系，將當(dāng)前時(shí)刻料堆表面被測(cè)點(diǎn)的一組數(shù)據(jù)從激光掃描裝置坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)換成料場(chǎng)坐標(biāo)系下；在料場(chǎng)坐標(biāo)系下，料堆表面一個(gè)被測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)值中的x、y值為被測(cè)點(diǎn)在料場(chǎng)平面的兩維坐標(biāo)位置，被測(cè)點(diǎn)Z值為對(duì)應(yīng)此x、y值時(shí)被測(cè)點(diǎn)的高度值。
    網(wǎng)格規(guī)范化處理過(guò)程是，對(duì)激光掃描裝置采集的所有測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)值進(jìn)行均勻網(wǎng)格化處理，即在料場(chǎng)平面坐標(biāo)下，在料場(chǎng)長(zhǎng)度和寬度范圍內(nèi)沿軌道方向即Y軸、和沿垂直軌道方向即X軸，每間隔一定距離對(duì)整個(gè)料場(chǎng)進(jìn)行等分，這樣在料場(chǎng)的有效堆放范圍內(nèi)形成一個(gè)個(gè)大小面積相等均勻分布的網(wǎng)格，實(shí)現(xiàn)料場(chǎng)的數(shù)字化分割；對(duì)測(cè)量點(diǎn)落在網(wǎng)格中的點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行規(guī)范化整合處理，保證每個(gè)網(wǎng)格只對(duì)應(yīng)一個(gè)坐標(biāo)值；如果落在同一網(wǎng)格內(nèi)有多個(gè)測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)，則對(duì)這些測(cè)量點(diǎn)的高度Z求平均值作為網(wǎng)格點(diǎn)的Z值，且規(guī)定網(wǎng)格點(diǎn)的x、y坐標(biāo)為每個(gè)網(wǎng)格中心，最后以新坐標(biāo)點(diǎn)作為落在此網(wǎng)格內(nèi)的測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)；規(guī)范化處理后的網(wǎng)格在數(shù)學(xué)上可以表示為一個(gè)矩陣，在計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)中則是一個(gè)二維數(shù)組；每個(gè)網(wǎng)格單元或數(shù)組的一個(gè)元素，對(duì)應(yīng)一個(gè)高度值。
    利用堆取料機(jī)的走行、俯仰、回旋運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)安裝在堆取料機(jī)懸臂前方的激光掃描裝置對(duì)料堆進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，對(duì)獲得的激光掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、坐標(biāo)轉(zhuǎn)化、網(wǎng)格規(guī)范化處理、插值處理后生成規(guī)則的三維數(shù)據(jù)，最終生成整個(gè)料場(chǎng)的完整網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫(kù)，并實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)終端顯示的三維料場(chǎng)圖像實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新。生成的實(shí)時(shí)三維料堆圖像數(shù)據(jù)，不僅能讓作業(yè)人員動(dòng)態(tài)掌握料場(chǎng)堆的堆放情況，更為重要的是通過(guò)對(duì)料堆形狀的實(shí)時(shí)識(shí)別，并實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)對(duì)料堆進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理保存，為下一步全自動(dòng)堆取料工藝提供了有力的支撐和保證。
 系統(tǒng)特點(diǎn)
1)     安裝簡(jiǎn)單，一勞永逸：整個(gè)系統(tǒng)可一次性安裝調(diào)試完畢；
2)     速度快：對(duì)于一個(gè)大型散貨堆/煤場(chǎng)（100米），可在15分鐘內(nèi)（測(cè)量系統(tǒng)行進(jìn)速度為10米/分鐘）完成所有的測(cè)量和計(jì)算工作；
3)     自動(dòng)化程度高：采集的數(shù)據(jù)均由計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理，測(cè)量結(jié)果顯示在電腦屏幕上；
4)     精度高：激光掃描所獲取的數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)點(diǎn)密度高，完夠反映目標(biāo)表面特征；解決了常規(guī)測(cè)量方法所不能解決的表面近似誤差；系統(tǒng)相對(duì)誤差<0.3%。
系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)
料堆激光測(cè)量系統(tǒng)具有精度高，穩(wěn)定性好，擴(kuò)展能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。激光測(cè)量屬于非接觸式測(cè)量方案，在測(cè)量過(guò)程中與被測(cè)物沒(méi)有直接物理接觸，測(cè)量系統(tǒng)因此也不會(huì)因摩擦而帶來(lái)誤差。測(cè)量系統(tǒng)中使用多個(gè)高精度激光掃描儀配置，大大提高了系統(tǒng)的測(cè)量點(diǎn)密度，測(cè)量死角。同時(shí)也為系統(tǒng)功能的擴(kuò)展提供了非常有利的條件。
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