[发明专利]基于单线激光雷达扫描仪扫描的矿车装载量计量方法

权利要求书

1.一种基于单线激光雷达扫描仪扫描的矿车装载量计量方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1.车辆信息采集及车辆信息数据库和物料信息库的建立：

车辆信息采集：针对不同类型车辆进行相关参数采集，其相关参数包括车斗的长l、宽w、满载时车斗底部距地面的高h以及车头高度、车身整体长度、每辆车的车牌信息和与之对应的车斗的长l、宽w、满载时车斗底部距地面的高h的参数，根据上述参数建立车辆信息数据库；

根据各类物料的名称和密度建立物料信息数据库；

S2.测量设备的安装：

测量设备包括单线激光雷达扫描仪、摄像头和控制系统，

所述的单线激光雷达扫描仪通过固定安装架安装在目标车辆装载物料时所行驶车道的正上方，单线激光雷达扫描仪垂直向下发射的扇形电磁波用于采集车辆轮廓信息，摄像头安装于车道一侧，用于识别经过的装载物料的目标矿车车牌信息，控制系统安置于道路旁的操作室内，所述的单线激光雷达扫描仪和摄像头通过通讯与控制系统电性连接；

S3.扫描参数设置：

根据测量设备最终的安装姿态、车辆参数以及周边环境，设置单线激光雷达扫描仪角度α、扫描开始阈值H_start、停止阈值H_stop和高度滤除阈值H_filter，增强系统对于当前场景的适用性；

S4.车牌信息识别与激光雷达扫描:

摄像头识别出待测量的目标矿车车牌信息后，传输给单线激光雷达扫描仪，单线激光雷达扫描仪在接受到待测量的目标矿车车牌信息后开始扫描工作，获取目标车辆轮廓信息，车辆驶离后停止扫描，将目标车辆轮廓信息与车牌信息一一对应匹配，实现自动化扫描；

S5.背景分割：通过扫描开始阈值、自动停止阈值、高度滤除阈值和扫描角度的设置，识别出车辆顶部点云信息，剔除背景冗余点云数据，得到初始物料顶部点云；

S6.初始物料顶部点云时态校正：

针对运动状态下的扫描目标，结合车斗长度信息，对初始物料顶部点云坐标进行修正，得到校正后的物料顶部点云数据；

S7.车斗模型匹配：

通过车斗的长l、宽w、满载时车斗底部距地面的高h信息构建出长方体车斗模型，将校正后的物料顶部点云数据与车斗模型相结合，构建出物料的整体三维点云模型；

S8.利用切片法对三维模型进行方量计算；

根据单线激光雷达扫描仪获取的目标车辆轮廓信息，计算出各个单帧点云数据的面积，结合车斗模型参数得到单帧的物料截面，通过积分计算出第j个截面的面积S_j，若目标车辆的车斗部分单次通过后激光雷达共获取n帧点云数据，通过下式计算出所装载物料的总方量V：

试中：(各符号代表的含义)

S9.数据共享：

获得最终结果V后，软件中装载量信息可实时显示；车牌信息、测量时间、物料种类和方量信息将存储至数据库进行备份，同时自动打印单次装载记录的三联凭条，作为纸质记录进行保存；后续将数据上传至云端，供相关工作人员进行查询和统计操作。

2.根据权利要求1所述的基于单线激光雷达扫描仪扫描的矿车装载量计量方法，其特征在于，所述的扫描开始阈值H_start比矿车车头的顶部高度低0.5m-1.0m，当单线激光雷达扫描仪正下方的激光信号测量高度大于H_start，表示目标车辆从下方经过；

所述的停止阈值H_stop比车斗上部边缘高度低0.5m-1.0m，当激光雷达正下方的激光信号测量高度小于H_stop，表示目标车辆驶离，

车辆经过和驶离的这段时间内获得的扫描数据为目标车辆轮廓数据，高度滤除阈值H_filter用于剔除行人、小轿车等冗余信息，为2.5米。

3.根据权利要求1所述的基于单线激光雷达扫描仪扫描的矿车装载量计量方法，其特征在于，所述的初始物料顶部点云时态校正过程如下：

车辆匀速前进过程中，扫描位置沿Y轴逐步后移，校正后的精确点云整体旋转了β°，计算方法如式(1)所示。

其中，y_i表示单帧数据中第i个扫描点的Y轴坐标，l是车斗长度，t是扫描车斗部分的耗时，f是单线激光雷达扫描仪的扫描频率，y₀是起始坐标，ρ代表激光雷达的角分别率。

4.根据权利要求1所述的基于单线激光雷达扫描仪扫描的矿车装载量计量方法，其特征在于，所述的构建出物料的整体三维点云模型是：获取校正后的物料顶部点云后，依靠车辆属性数据库中的车斗模型信息长为l，宽为w，满载时车斗底部距地面的高为h，计算出物料装载高度H_m、矿车顶部沿行进方向长度L_m及物料底面宽度W_m，从而以车斗底面为底，结合物料顶部轮廓数据构建出物料的三维点云模型:

H_m＝H-h (3)

L_m＝l (4)

W_m＝w (5)。