行车测绘仪/盘库仪    

——产品手册

V1.8

2021.08

第1章        概述

1.1              简介

米乐科技的雷达行车测绘仪产品能够快速稳定的获取空间三维数据，并通过mirror3D点云处理软件，灵活的使用脚本，快速进行分析处理，比如体积计算，物料定位，物体识别等，然后，将处理结果存入数据库，生成报表以及网页端展示。以此，适应企业数据信息采集、自动化、数字化的各类需求。

米乐科技自主研发的激光雷达行车测绘系统，基于高精度高性价比的单线、多线激光雷达，通过智能云台实时角度控制，生成高密度点云，精度达厘米级，可用于三维建模、料位、煤堆、粮仓等体积的检测，也可以用智能仓储的无人化作业。雷达跟着行车运行进行扫描，扫描范围、扫描速度，可以任意设置，用一根网线接收雷达数据，简化布线。雷达传输采用网口通讯，可以适应远距离控制和数据传输，通过网络（或者无线网）传输将实时数据传输给监控或者总控中心。可以多达几十，甚至上百个雷达架设点，共用一个服务器，方便进行集中控制，集中管理。

1.2              特点

l  通用性广：不同种类、不同规格形状、不同表面颜色、不同样式摆放测量及建模需求。

l  安装灵活：安装高度和安装角度可任意调节，测量角度可根据实际测量调节，还可以根据场地的大小和物体料堆的大小进行实际调节。

l  适应能力强：抗干扰、环境适应性强，不受环境光线的限制光线昏暗或者夜晚也能正常测量。

l  性能强大：激光雷达采用工业级设计，IP67防护等级，量程10-150米（测量距离可根据实际要求选取）测量稳定，精度可达厘米级。

l  快速实施：可使用mirror3D点云处理软件，灵活的脚本，快速进行分析处理，也可以进行二次开发。

l  无需现场标定：出厂设置适用状态。

l  设置简单：任何人都可以在短时间内简单设定。

l  使用寿命长：拥有IP67 外壳防护等级，抗冲击性好，并采用高韧性电缆，可放心使用

1.3              型号说明

①           代表雷达扫描范围：

HR360：范围360度

②           代表雷达通道数：

L1：单线激光

L16：16线激光

③           代表雷达有效距离：

D30：30米

D50：50米

D150：150米

第2章        快速使用

2.1              开箱检查

打开包装前，请先检查外包装标明的产品型号是否与订购的产品一致。打开包装后，请先戴上防静电手套，然后按照《装箱清单》或订购合同仔细核对配件是否齐备。检查产品表面是否有机械损坏，如果表面有损坏，或产品内容与《装箱清单》或订购合同不符，请不要使用，并立即与米乐科技联系。

表 1装箱清单

2.2              安装环境

l 远离强电磁干扰环境，远离大功率用电器。

l 避免与大功率用电器共用电源。

l 激光雷达设备线缆避免与强电流或电压频繁切换的供电线平行铺设。

2.3              准备工作

在安装之前，请先准备好以下物品：

l Ethernet 线缆（7 类线以上或者支持 10GBASE-T）；

l 万用表；

l 剥线钳；

l 压线钳；

l 十字螺丝刀一套；

l 内六角扳手一套

第3章        硬件连接及安装

3.1              快速连接

图 1接线图

本产品使用方便，在使用本产品前必须注意配置的电源适配器不能使用错误，连接设备各器件时要按规范要求进行操作。

3.2              安装方式

3.2.1        雷达安装

图 2雷达安装方式

3.2.2        编码器安装

图 3编码器安装方式

3.2.3        零位开关安装

图 4零位开关安装方式

在安装雷达、编码器、零位开关时需要注意安装牢固，行车在运行过程中安装的设备部件不能有抖动现象，设备部件需要跟随行车运行。但是安装的设备部件不能影响行车的正常工作。编码器的计米轮要紧贴在行车轨道上，编码器计米轮不能紧固在行车上，使计米轮能自由的根据编码器上弹簧的伸缩上下波动，很顺畅的在行车轨道上自由跟随行车运行。零位开关安装后需要调整开关的触碰角度和长度。雷达安装时需要注意雷达的扫描角度。如果设备部件安装距离远需要延长电源和数据线时，需要注意电源的正负极和设备的信号线的线序不能接错，详细阅读各部件线缆说明，接错线缆会损坏设备各部件，影响设备的正常运行。

第4章        系统配置

4.1              系统配置

设备根据其功能模块大致可以划分成硬件系统和软件系统两大子系统。硬件系统包含主控箱模块、传感器模块、雷达模块、控制器模块、网桥模块以及零位限位模块。软件系统包含数据处理、数据建模、数据分析等模块。

设备通过行车跟随设备带动激光雷达（感知设备）对物料位置进行扫描；使用编码器对运动轨迹进行补偿修正；整体设备为简化布线和安装难度，使用无线数据传输。前端感知设备采集物料的表面外形数据并回传至控制器，通过软件系统的处理、建模、定位。

表 2控制各部件说明

图 5系统配置

4.2              雷达接线图

图 6接线图

如需多点采集，可以通过交换机将多个雷达并联到一起，通过一根网线与上位机通讯。

4.3              软件显示和配置雷达

随雷达附送的点云显示软件解析数据包和设备包信息，显示 3D 点云数据，通过可视化界面，用户可以重置雷达参数。具体操作流程参见 雷达设置章节。

雷达网络缺省的参数 IP 和端口号如下表：

表 3 雷达默认网络配置

注意： 1. 设置雷达 P IP 时 ， 本地 P IP 与 目的 P IP 不能 设置为同一 IP ， 否则雷达将不能正常工作。

2. 雷达组播模式时，两个目的端口禁止设置为同一个端口号。

连接雷达时，电脑与雷达的 IP 在不同网段时，需要设置网关；相同网段时，设置不同 IP 即可，例如：192.168.1.x，子网掩码为 255.255.255.0。若需查找雷达的以太网配置信息，连接雷达后电脑可以使用Wireshark 软件抓取设备 ARP 包进行分析，有关 ARP 包的特征识别，雷达连接电脑上直接查看雷达数据。

第5章        指示灯

5.1              指示灯定义

表 4控制器指示灯说明

第6章        软件系统

每当设备完成一个流程，数据回至后端服务器后，软件自动开始数据处理和结算。点云数据的处理是经由实时采集，有线传输至工控机后，在工控机内完成的处理、建模、分析。密集点云数据能真实的反映出测场的空间位置关系、环境内特征物的外形、选定区域的长度面积等，通过内嵌数据分析软件的交互，可以为用户提供所测区域的上述信息

原始数据的处理和建模时内嵌于软件系统之中，在设备开机后就同步运行完成的。分析模块有简单而又直观的用户交互界面，提供数据模型查看、数据记录、历史数据回溯、设备状态自检、分析报告生成等功能，帮助使用人员能方便的统计数据。

6.1              雷达扫描

图7数据处理分析软件

软件的界面和实际功能可以根据用户的需求进行部分调整。

数据处理模块能实现采集过程中设备姿态的自动调节、单帧点云数据解算及定位数据融合转换、噪点过滤等多个单元。

(1) 原始数据解析单元，利用软件库对硬件数据进行解读和分析处理，并滤除无用的点云信息；

(2) 定位信息融合单元，主要用于将采集过程中将编码器取得的位置信息融合到雷达采集的点云数据中，使得点云数据与实际表面信息对应；

(3) 噪点滤波单元，用于对所述激光点云数据进行滤波处理，去除所述激光点云数据中的噪点，得到去噪后的激光点云数据。

6.2              数据建模模块

点云数据经过初步处理，可以获取到地形环境和目标物的相对三维位置信息，结合通过定位技术获得的精准的点云原点的大地空间坐标信息，利用三维点云的变形转换（平移、旋转、有缩放）算法转换点云集“单帧数据”中的每个点，来生成最终空间直角空间坐标系统下的点云集合。数据后处理时，需要将不同测站的点云通过一定的方式拼接成一个整体，来构建一个完整的场景。

受限于扫描设备本身的扫描范围，为了获取目标物料堆以及周边的全貌表面三维信息，获取的数据时针对目标物不同角度和方位的扫描数据。扫描过程中，软件录入扫描设备每次获取的点云数据的扫描角度和原点位置信息，待数据回传至前端处理器后，软件算法根据每个点云数据对应的角度和扫描原点位置对点云数据进行整合，进而得到目标物和周边环境的全貌点云。

图8数据建模分析

扫描完成后，对数据进行截取、变换、拼接、空洞填充、体积计算，计算所测量料堆的体积。

分辨率与空洞填充的值相对应；

基准面要与料仓底部一致，或者先采集空料仓，让基准面低于料仓底部测得空料仓体积，再装料采集，基准面不变，用采集到得体积减去空料仓体积，就可以得到料仓内的物料体积。

表 5 多次体积测量分析

图9 数据建模分析

几千平方米的范围内体积测量重复精度可以达到千分之一以内。

6.3              报表模块

考虑到物料堆放的盘查工作是一个周期性的，对历史数据回溯有一定依赖的，需要反复勘验过往数据的一项工作。对物料检测系统在工作生产中的数据进行记录，通过报表的方式对输出数据进行管理，使用户可以回溯调取之前3个月（可以延长保存日期）内的生产数据，达到集成化的数据存储和应用，来满足整个智能化生产作业对数据的依赖。

行车3D视觉设备在每次完成一个工作流程后会生成海量的点云数据和分析提取隔间物料堆体量数据。为了减少内存储数据的压力， 在每次完成盘库后检测的数据会生成报表保存在文件内。

检测报告中主要显示了物料体积和物料的重量数据，并且显示了整体物料仓的扫描模型效果，也展示了每个料仓的模型。

检测报告是按时间自动保存，每使用一次检测报告就保存一次。这样可以方便后期查看，也可以作为资料存档。

图10报表示例

第7章        功能特点

7.1              硬件功能特色

表6设备硬件系统各模块特点

行车3D视觉设备的硬件系统最主要的功能是根据行车的行进方向，对行车底部的物料堆做定期的巡回式位置数据采集和体积统计。整体硬件系统的设计核心思路是追求设备的运行高度自动化，设备操作的少人化（行车司机1人），操作简单直观（无需大量技术背景或培训），维护简易方便，能满足智能化工业生产升级的需求。设备的各个模块相互配合，在下达作业命令后，会按预设程序自行完成工作区域物料位置数据统计；运动控制系统的设计框架也非常灵活，具有一定的拓展性，可以追加诸如激光测距定位、惯性导航、室内无线定位、视觉系统等模块。

7.2              软件功能特色

在对物料堆三维建模的过程中，由于受测量设备测量范围的限制以及被测物体外形的复杂性等，扫描设备在单一位置只能得到物体某一部分表面的数据，无法得到空间完整的形状信息。本方案的软件算法，可以融合从不同角度位置的量测，配合定位数据的补偿算法，经过配准后才能重构出整个空间。对不同位置下测量得到的点云数据的高精度处理拼接是本方案的一项重要特点。

同时工厂采集的三维点云数据处理还面临以下挑战：

l  点云数据密度不均匀

l  遮挡物导致数据需要去除

l  沿导轨运动有震动和偏移

l  大量重复数据需要精简抽稀

l  灰尘、气候、人为原因造成的噪声需要去除

这些问题的解决方式是通过已有的成熟算法和大量的工程试验经验，把地面适用的数据采集和技术嫁接到矿井的工作环境下，沿用通用的数据算法和分析流程，同时也是本产品设计的一大特色。

同时，由于设备使用的不同，周边环境因素，所输出的数据不可能*一致，点云数据不可避免出现噪点或接边兼容性的问题。因此在建模前需通过特殊处理将数据融合，去噪，定位后才能更好进行合拼和特征提取。在解决融合和处理等问题后，需要将汇总的数据自动生成三维模型以便在视觉上进行展示。这个环节的核心是将原始点云数据进行转换成可进行更多分析与功能应用的数据链，并可让其他输出平台统一应用系统。

表 7自动化数据处理系统各模块特点

在点云数据的过滤方面主要通过条件滤波模块和半径滤波模块对实采点云数据进行滤波操作，去除孤立的噪点，提升点云数据质量。在其他实施例中，该噪点滤波单元还包括直通滤波模块、体素滤波模块、统计滤波模块、条件滤波模块和半径滤波模块中的一种或多种，通过这些滤波模块可以去除点云中的噪声和离群点，得到有用的点云数据，方便后续的三维建模。数据处理算法实现了采集过程中设备姿态的自动调节、单帧点云数据的定位及补偿纠正、多帧点云数据的全局整合以及对噪点数据的过滤筛选等功能。物料堆的三维建模实现了从传统二维图像到空间三维信息的突破，通过已有的算法，可以在三维模型数据上实现空间信息的量测感知以及特殊外形的判定和分辨。

第8章        附录

8.1              系统配置清单及功能描述

8.2              数据及展示

8.3              外部接口