一种框架车钢卷运输的货物状态监测预警系统及方法

技术领域

本发明属于钢铁运输技术领域，具体涉及一种框架车钢卷运输的货物状态监测预警系统及方法。

背景技术

钢卷，又称卷钢；为了方便储存和运输，方便进行各种加工，将钢材热压、冷压成型为卷状，在钢铁生产中，大型钢卷是一个重要的产品，由于体积大一般不容易固定，在存放和运输过程中容易发生滚动，在运输过程的钢卷安全由运输司机监控，一般通过目测或人工测量，当运输司机发现运输过程中钢卷有发生位移甚至掉落的情况时，由运输司机及时做出降速、停车等反应。

而基于无人驾驶的钢卷运输，运载车辆已无人员跟进实际运输情况，运输过程中的危险状态无法实时监控。申请号为201710172866.4，名称为《无人天车钢卷抓取的自动识别定位方法》的中国发明专利，此专利由激光扫描仪获取承载有钢卷的框架车的场景点云数据，从场景点云数据中分离钢卷数据，将钢卷视作圆柱体进行参数拟合获得钢卷物理坐标，将钢卷物理坐标发送给无人天车，无人天车根据钢卷物理坐标对钢卷进行抓取。

此外，申请号为201811059328.5，名称为《一种基于视觉的钢卷定位方法及设备》的中国发明专利，此专利采用双目相机拍摄获取标定卡图像和钢卷图像；然后根据双目相机拍摄的标定卡图像进行立体相机标定，获得双目相机参数；接着根据双目相机拍摄的左右钢卷图像上是否有钢卷号选择对应的方法获取钢卷图像特征点的二维坐标；再基于立体相机标定获得的双目相机参数对钢卷图像特征点的二维坐标进行转换，获得钢卷图像特征点的三维坐标；最后根据特征点与钢卷吊取点的位置关系获取钢卷吊取点的三维坐标，实现视觉定位。前述两个发明专利分别采用了激光雷达和视觉的方式对静态的钢卷实现扫描定位，得出具体三维坐标信息；但是前述方案忽略了当钢卷有位移发生时，钢卷的动态状态。

因此，本发明提供一种框架车钢卷运输的货物状态监测预警系统及方法，能够监测钢卷的动态状况，当钢卷有位移发生时，发出报警同时给出位移数值。

发明内容

针对上述背景技术所提出的问题，本发明的目的是：旨在提供一种框架车钢卷运输的货物状态监测预警系统及方法。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种框架车钢卷运输的货物状态监测预警系统，包括运输钢卷用的框架车和激光雷达，所述框架车包括框架车头和装载平台，所述框架车头和装载平台连接，所述激光雷达向下倾斜安装于所述框架车头顶部，所述框架车头内设有车载控制器，所述车载控制器与所述激光雷达通信连接。

一种框架车钢卷运输的货物状态监测预警方法，包括如下步骤：

步骤1：将所述激光雷达安装位置位于框架车头顶部后侧，且向下倾斜安装，使所述激光雷达扫描范围覆盖整个钢卷装载区域；

步骤2：在运输开始之前，操作人员操作车载控制器下发指令让激光雷达对钢卷进行初始扫描，获取初始点云集合，所述初始点云集合设为P，P＝{p

步骤3：利用直通滤波器将初始点云集合P中框架车钢卷装载区域外的点云过滤掉，框架车装载区域是以装载平台为底面，沿着z轴延伸向上的包围钢卷的矩形空间，之后去掉装载区域的点云，得到感兴趣点云集合P'＝{p

步骤4：采用点云欧式聚类算法把每个钢卷的点云分开：

①点云集合P'中某一点p‘k，利用KDTree在集合p

②距离小于设定阈值的p‘k聚类于集合Q

③判断Q

④选取Q

得到钢卷点云集合Q＝{Q

步骤5：计算当前所有钢卷点云集合Q的初始中心位置点云L＝{L

步骤6：运输过程中，所述激光雷达实时对通过重复步骤1～5获取最新的钢卷位置信息L'＝{L'

步骤7：将实时扫描的钢卷位置信息与初始钢卷位置信息做比较，

得到所有差值集合D＝{D

进一步限定，所述步骤2中的x，y，z的取值范围为(0，150)，单位为米。

进一步限定，所述步骤2中的点云反射强度in的取值范围为(0，255)。

进一步限定，运行所述步骤4还需要考虑突发出现的其他物体，计算集合Q中每个Q

本发明的有益效果：

本发明专利的方案不仅可用于框架车无人钢卷运输的钢卷状态检测，提高整体系统的完整性、安全性；同时，也可以用于有人驾驶的钢卷运输，降低因框架车司机因走神或异常行驶状态而导致的钢卷滚动，整体提高安全性。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明一种框架车钢卷运输的货物状态监测预警系统及方法实施例的激光雷达安装布置示意图；

图2为本发明一种框架车钢卷运输的货物状态监测预警系统及方法实施例的点云过滤意图；

图3为本发明一种框架车钢卷运输的货物状态监测预警系统及方法实施例的步骤流程图；

主要元件符号说明如下：激光雷达1、框架车头2、装载平台3。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征，另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图2和图3所示，本发明的一种框架车钢卷运输的货物状态监测预警系统，包括运输钢卷用的框架车和激光雷达(1)，所述框架车包括框架车头(2)和装载平台(3)，所述框架车头(2)和装载平台(3)连接，所述激光雷达(1)向下倾斜安装于所述框架车头(2)顶部，所述框架车头(2)内设有车载控制器，所述车载控制器与所述激光雷达(1)通信连接。

一种框架车钢卷运输的货物状态监测预警方法，包括如下步骤：

步骤1：将所述激光雷达(1)安装位置位于框架车头(2)顶部后侧，且向下倾斜安装，使所述激光雷达(1)扫描范围覆盖整个钢卷装载区域；

步骤2：在运输开始之前，操作人员操作车载控制器下发指令让激光雷达对钢卷进行初始扫描，获取初始点云集合，所述初始点云集合设为P，P＝{p

步骤3：利用直通滤波器将初始点云集合P中框架车钢卷装载区域外的点云过滤掉，框架车装载区域是以装载平台(3)为底面，沿着z轴延伸向上的包围钢卷的矩形空间，之后去掉装载区域的点云，得到感兴趣点云集合P'＝{p

步骤4：采用点云欧式聚类算法把每个钢卷的点云分开：

①点云集合P'中某一点p‘k，利用KDTree在集合p

②距离小于设定阈值的p‘k聚类于集合Q

③判断Q

④选取Q

得到钢卷点云集合Q＝{Q

步骤5：计算当前所有钢卷点云集合Q的初始中心位置点云L＝{L

步骤6：运输过程中，所述激光雷达(1)实时对通过重复步骤1～5获取最新的钢卷位置信息L'＝{L'

步骤7：将实时扫描的钢卷位置信息与初始钢卷位置信息做比较，

得到所有差值集合D＝{D

优选，所述步骤2中的x，y，z的取值范围为(0，150)，单位为米。

优选，所述步骤2中的点云反射强度in的取值范围为(0，255)。

优选，运行所述步骤4还需要考虑突发出现的其他物体，计算集合Q中每个Q

上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。