MDH1系列汽車與火車裝運物料體積及密度測量系統(tǒng)（高精度數(shù)字云臺系統(tǒng)） |
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| 產(chǎn)品資料： | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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MDH1系列汽車與火車裝運物料體積及密度測量系統(tǒng) （高精度數(shù)字云臺系統(tǒng)）
上海默德電氣工程有限公司
上海燁煒自動化技術(shù)有限公司 聯(lián)合出品
一、什么是煤的密度、真相對密度、視相對密度、孔照率和散密度
1.1煤的密度。單位體積煤的質(zhì)量，單位是g/cm3或kg/m3。學術(shù)上多使用密度，而工業(yè)上習慣用相對密度。
1.2煤的真相對密度(俗稱真密度)。在20℃時，煤(不包括煤中孔隙的體積)的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之比，代表符號是TRD，它是計算煤層平均質(zhì)量與煤質(zhì)研究的一項重要指標。
1.3煤的視相對密度(俗稱視密度)。在20℃時，煤(包括煤中孔隙的體積)的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之比，代表符號是ARD，在計算煤的埋藏量及煤的運輸、粉碎、燃燒等過程都需要用此數(shù)據(jù)。
1.4煤的孔隙率。根據(jù)煤的真密度和視密度可計算出煤的孔隙率，計算公式如下:
真密度-視密度
1.5煤的散密度。是指用自由堆積方法裝滿容器的煤粒的總質(zhì)量與容器容積之比，又稱堆積密度，單位為t/m3或kg/m3.散密度的測定，可在一定容積的容器中用自由堆積方法裝滿煤，然后稱出煤的質(zhì)量，再換算成單位體積的質(zhì)量(t/m3)。在設(shè)計煤倉，估計煤堆質(zhì)量、計算煉焦爐裝煤量及計算商品煤的裝車質(zhì)量時，都需用煤的散密度數(shù)據(jù)。
對同一煤樣，煤的真密度數(shù)值最大、視密度其次，散密度的數(shù)值最小。
二、MDH1-C對汽車入廠煤測量系統(tǒng)的技術(shù)要求的響應(yīng)
2.1.安裝位置：
我方滿足要求，汽車車廂煤堆測量系統(tǒng)的測量硬件即激光掃描儀安裝于汽車入場后，計量前唯一行走路線的正上方。
2.2安裝數(shù)量：
我方滿足要求，安裝一套激光測量系統(tǒng)，能夠獨立完整的完成對汽車車廂煤的測量工作。
2.3測量距離
我方滿足要求，該測量系統(tǒng)配置的激光掃描儀測量范圍為0-20米。
2.4單次掃描時間
一個汽車車廂單次的測量時間可以滿足在10秒以內(nèi)完成。
2.5掃描頻率
掃描儀的單次測量頻率為50ms以內(nèi)，所以滿足20HZ的頻率要求。
2.6測量精度
掃描儀的測量精度可以達到技術(shù)規(guī)范書要求。
2.7三維圖形的輸出
汽車入場煤測量系統(tǒng)能夠通過點云建模，然后構(gòu)建網(wǎng)格，并進行顏色渲染。實現(xiàn)三維可視化視圖，并對視圖進行多方位的操作。
2.8體積的輸出
我方汽車入場煤測量系統(tǒng)能夠精確計算出點云坐標，然后通過科學的不規(guī)則堆場體積計算方法，精確計算出被測汽車車廂的煤堆體積。
2.9精度的要求
我方汽車入場煤測量系統(tǒng)，通過精確地原始數(shù)據(jù)采集，精確的現(xiàn)場參數(shù)設(shè)置和科學的體積計算方法，能夠很好實現(xiàn)>=98%的測量精度。
2.10數(shù)據(jù)的交互
我方汽車入場煤測量系統(tǒng)，可以通過網(wǎng)口通信接口實現(xiàn)與管理平臺的發(fā)送和接收。把測量的數(shù)據(jù)和需要獲取的數(shù)據(jù)與管理平臺進行實時共享和交互。
2.11數(shù)據(jù)的保存與查詢
我方汽車入場煤測量系統(tǒng)，能夠長久保存，留作歷史數(shù)據(jù)，并具備查詢功能。
2.12車型的識別
我方汽車入場煤測量系統(tǒng)通過就激光掃描儀測量出來被測汽車的特征點，從而通過特征點分辨出來被測汽車的尺寸等參數(shù)，從而分辨出所經(jīng)過的汽車型號。
三、MDH1-T對火車入廠煤測量系統(tǒng)技術(shù)要求的響應(yīng)
3.1安裝位置
我方火車入廠煤測量系統(tǒng)測量模塊可以配合軌道衡安裝，具體位置為火車經(jīng)過的正上方。
3.2安裝數(shù)量
1套，獨立完整實現(xiàn)火車車廂盤煤要求。
3.3測量距離
我方火車入廠煤測量系統(tǒng)測量模塊為激光掃描儀，可實現(xiàn)0-20米的掃描范圍。
3.4測量精度
我方掃描儀滿足精度要求。
3.5火車速度
我方火車入廠煤測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)在火車5-15km/h的速度情況下能夠高密度的實現(xiàn)對火車車廂煤高度的測量。
3.6高度輸出
我方火車入廠煤測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)能夠?qū)疖嚨母叨纫詍為單位進行計算和輸出，可以精確到厘米范圍。
3.7高度測量精度
我方滿足高度測量精度≥98%的精度要求。
3.8數(shù)據(jù)交互
我方火車入場煤測量系統(tǒng)，可以通過網(wǎng)口通信接口實現(xiàn)與管理平臺的發(fā)送和接收。把測量的數(shù)據(jù)和需要獲取的數(shù)據(jù)與管理平臺進行實時共享和交互。
3.9查詢功能
我方汽車入場煤測量系統(tǒng)，能夠長久保存，留作歷史數(shù)據(jù)，并具備查詢功能。
四、產(chǎn)品的介紹
4.1激光測量原理
激光掃描儀是利用時間飛行原理來測量物體的尺寸及形狀等工作的一種儀器，激光掃描測量系統(tǒng)基于激光測距原理。通過旋轉(zhuǎn)的光學部件發(fā)射形成二維的掃描面，以實現(xiàn)區(qū)域掃描及輪廓測量功能。
4.1.1激光單點測距原理：
激光發(fā)射器發(fā)出激光脈沖波，內(nèi)部定時器開始計算時間t 當激光波碰到物體后，部分能量返回，當激光接收器收到返回激光波時，停止內(nèi)部定時器t2，激光雷達到物體的距離為:S=C(光速)×（t2-t1）/2.
4.1.2激光掃描儀測量原理：
激光發(fā)射器發(fā)出激光脈沖波，當激光波碰到物體后，部分能量返回，當激光接收器收到返回激光波時，且返回波的能量足以觸發(fā)門檻值，激光掃描器計算它到物體的距離值; 激光掃描器連續(xù)不停的發(fā)射激光脈沖波，激光脈沖波打在高速旋轉(zhuǎn)的鏡面上，將激光脈沖波發(fā)射向各個方向從而形成一個二維區(qū)域的掃描。此二維區(qū)域的掃描可以實現(xiàn)以下兩個功能： 1).在掃描器的掃描范圍內(nèi)，設(shè)置不同形狀的保護區(qū)域，當有物體進入該區(qū)域時，發(fā)出報警信號；2).在掃描器的掃描范圍內(nèi)，掃描器輸出每個測量點的距離，根據(jù)此距離信息，可以計算物體的外型輪廓，坐標定位等。
4.2激光掃描測量的一般工作步驟
激光雷達技術(shù)包含從數(shù)據(jù)采集到配準，數(shù)據(jù)的預處理到最后成果的輸出和應(yīng)用等系列過程。
4.2.1外業(yè)數(shù)據(jù)的獲取
掃描前需要準備的工作主要包含兩部分：一是控制網(wǎng)布設(shè)，二是掃描站點布設(shè)。而控制網(wǎng)的布設(shè)主要考慮到控制點之間的通視性和控制網(wǎng)的幾何圖形，同時要結(jié)合實地不同的情況需要進行合理的選點。在布設(shè)好的控制網(wǎng)基礎(chǔ)上，可以設(shè)立站點，站點的設(shè)計既要保證能夠完全采集所需要的對象的數(shù)據(jù)，還要能和控制網(wǎng)聯(lián)立起來，以便整體距離影像配準及坐標轉(zhuǎn)換。
外業(yè)數(shù)據(jù)掃描就是通過實際的掃描站點布設(shè)，根據(jù)特征合理的掃描點間距和范圍，采集多個視角、多個位置的數(shù)據(jù)構(gòu)成完整的目標對象。
4.2.2距離影像的配準
原始數(shù)據(jù)采集包含不同視點和位置的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要統(tǒng)一到一個整體的位置，必須要在相鄰站點中尋找控制點或類似的公共部分，通過這些特征條件來利用這些約束關(guān)系將距離影像配準，最終將所有距離影像統(tǒng)一到基準坐標系中。坐標系統(tǒng)也要根據(jù)具體情況而定，一般需要轉(zhuǎn)換到測量坐標系或者是建筑坐標系，或者是空間對象的局部坐標系。
4.2.3數(shù)據(jù)的預處理
數(shù)據(jù)預處理包含噪聲削減與去除兩部分。距離影像的原始數(shù)據(jù)噪聲包含兩部分，一部分是由于激光雷達本身在獲取對象表面數(shù)據(jù)過程中，包含有外界不相干目標的遮擋而產(chǎn)生的距離影像數(shù)據(jù)本身存在的噪聲。另一種噪聲就是數(shù)據(jù)配準過程中存在誤差產(chǎn)生，最常見的就是數(shù)據(jù)疊加產(chǎn)生的“厚度” [3]，在利用數(shù)據(jù)之間，需要對這些噪聲做一定的處理工作，對于第一類數(shù)據(jù)噪聲通常可以采用手工選擇刪除的方法，對于后者一般采用重疊區(qū)域的重采樣或者其它削減的手段。
4.2.4成果制作與輸出
激光雷達技術(shù)最直接的成果就是整體的距離影像模型和三維的重建模型，影像可制作的成果包含原始的模型、剖面、特征體和數(shù)據(jù)模型（包含三角網(wǎng)、Nurbs、簡單幾何模型等）。
4.3用戶需求概況
4.3.1在火車和汽車經(jīng)過的時刻，快速測量出火車和汽車裝載貨物的體積。
4.3.2其中火車和汽車行進的速度在0公里/小時-15公里/小時的區(qū)間范圍。
五、汽車入廠測量系統(tǒng)設(shè)計方案
5.1系統(tǒng)組成
5.2測量工作步驟：將激光掃描儀安裝于火車和汽車將要通過的位置的正上方，車輛在行進過程中，通過激光掃描儀掃描正下方的火車或者汽車車廂，獲取火車或者汽車車廂的內(nèi)部及車廂邊沿的表面輪廓數(shù)據(jù)。然后對輪廓數(shù)據(jù)進行分析處理計算，從而計算出車廂內(nèi)所裝物料的體積。
5.3所需掃描儀技術(shù)參數(shù)評估：
A、掃描儀黑色物體的最小測距需8m以上。
B、掃描儀最小測量角度1度。
C、掃描儀測量頻率10次/秒以上。當火車或者汽車時速15公里/小時的時候，掃描儀的測量間隔約為0.4。可以滿足測量體積和生成三維模型的要求。
5.4軟件功能
六、火車入廠測量系統(tǒng)設(shè)計方案
6.1系統(tǒng)組成
6.2測量工作步驟：將激光掃描儀安裝于火車和汽車將要通過的位置的正上方，車輛在行進過程中，通過激光掃描儀掃描正下方的火車或者汽車車廂，獲取火車或者汽車車廂的內(nèi)部及車廂邊沿的表面輪廓數(shù)據(jù)。然后對輪廓數(shù)據(jù)進行分析處理計算，從而計算出車廂內(nèi)所裝物料的體積。
6.3所需掃描儀技術(shù)參數(shù)評估：
A、掃描儀黑色物體的最小測距需8m以上。
B、掃描儀最小測量角度1度。
C、掃描儀測量頻率10次/秒以上。當火車或者汽車時速15公里/小時的時候，掃描儀的測量間隔約為0.4。可以滿足測量體積和生成三維模型的要求。
6.4軟件功能
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