CN105466340A - 一种限高监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种限高监测系统和方法，包括激光测距仪、减速机、步进电机、用户终端和报警器；步进电机通过减速机连接激光测距仪,用于控制激光测距仪绕竖直中轴在水平面上进行匀速转动；激光测距仪和用户终端电性连接，将激光照射到环境点上，并将实时测距数据传给用户终端；用户终端控制步进电机的启动和停止，还和报警器电性连接，并根据步进电机的测距数据判断对应的环境点是否在报警区域内，若判断环境点在报警区域内，控制报警器进行报警。本发明的有益效果是：在激光测距仪距离超高物体50m时，对于较小超高物体仍能测得准确的距离值，获得模型快，在使用时，可以针对不同的场景，不同的限高，较远的距离，并能保持有效的接近实时的监测。
Description
技术领域
本发明涉及高度检测领域，具体涉及一种限高监测系统及方法。
背景技术
激光线和滤光片和相机配合是常用的限高监测方法，步骤为：使用激光器打出激光线,然后利用滤光片在相机镜头上进行滤光,当场景中激光线上出现超高物体,将会引起再图像上,激光线成像的改变.并以此原理进行检测看是否有物体超高,但是该方法容易受到光照的影响,激光强度不够时,图像上无法提取特征线,并进行检测。
德国sick在二维激光测距传感器上比较领先，最为先进的测距系统监测角度可达到190度，使用方便，但是在25m的光斑直径为250mm，对于监测在25米以外的小于250mm的物体，其返回的结果就会误检，或者漏检。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种检测方便，并且精度高，快速稳定，且激光光斑较小的一种限高监测系统及方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种限高监测系统，包括激光测距仪、步进电机、用户终端和报警器；
所述步进电机连接激光测距仪,用于控制激光测距仪绕竖直中轴在水平面上进行匀速转动；
所述激光测距仪和用户终端电性连接，用于将激光照射到环境点上，并将实时测距数据传给用户终端；
所述用户终端和步进电机电性连接，用于控制步进电机的启动和停止；
所述用户终端和报警器电性连接，用于建立报警区域模型轮廓，还用于根据步进电机的测距数据判断对应的环境点是否在报警区域内，若判断环境点在报警区域内，向报警器发送报警指令；
所述报警器用于进行报警。
所述激光测距仪、减速机和步进电机安装在外壳内，所述外壳上设置有玻璃窗口，用于使激光透射出外壳。
本发明的有益效果是：在激光测距仪距离超高物体50m时，对于较小超高物体仍能测得准确的距离值，激光光斑小，获得模型快，在使用时，可以针对不同的场景，进行不同的限高，较远的距离，并能保持有效的接近实时的监测。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步的，本发明还包括减速机，所述减速机设置于步进电机和激光测距仪之间,用于降低激光测距仪的转速。
采用以上进一步方案的有益效果为：减速机可以降低步进电机的转速，起缓冲作用。
进一步的，所述外壳上还设置有调平装置。
采用以上进一步方案的有益效果为：调平装置可以对激光测距仪进行调平。
一种限高监测方法，包括以下步骤：
S1、将激光测距仪安装在限高报警临界高度处，用户终端控制步进电机启动，步进电机带动激光测距仪绕竖直中轴在水平面上进行匀速转动，激光测距仪将激光照射到环境点上，并将实时测距数据传给用户终端；
S2、在用户终端内建立报警区域模型轮廓；
S3、在用户终端内建立场景模型轮廓和报警区域模型轮廓；
S4、用户终端根据测距数据判断对应环境点是否在报警区域内，若判断环境点在报警区域内，用户终端向报警器发送报警指令，报警器进行报警。
进一步的，所述的步骤S3具体包括以下步骤：
S3.1、用户终端收到激光测距仪在不同时间测得的距离数据，并根据不同的距离数据确定对应的环境点位置，排除掉激光测距仪照射在外壳内的环境点之后，设从玻璃窗口上照射出的环境点个数为PT，将这PT个环境点作为似模型点建模使用；
S3.2、利用激光测距仪频率转速NP，步进电机转动一圈走过的步数M，步进电机的转速V，得到步进电机转动一圈，激光照射到的环境点个数PT_CIRCLE＝NP×(M/V)，因此得到似模型点所占的角度ANGLE_MODE＝PT×(360/PT_CIRCLE)；
S3.3、把ANGLE_MODE平均分配到每个似模型点上，得到每一个似模型点和激光测距仪之间的角度，结合似模型点距离激光测距仪的距离数据，得到每一个似模型点距离激光测距仪的距离和角度(L,Q)，建立似模型点和相应的场景模型轮廓之间的映射关系：
Vec_dis＝min(Width_view,height_view)*L/LIMIT_LENGTH；
X_view＝Vec_dis*cos(Q)；
Y_view＝Vec_dis*sin(Q)；
其中，LIMIT_LENGTH是需要监视的最远距离，(L,Q)为似模型点距离激光测距仪(1)的距离和角度，Width_view、height_view分别为显示点构成的显示视图的宽和高，Vec_dis为显示点到模型中心的径向距离，X_view为相应的显示点的x方向位置，Y_view为在相应的显示点的y方向位置；
通过映射关系，得到场景模型显示点位置，将场景模型显示点显示在用户终端上，得到场景模型轮廓；
S3.4、把每个似模型点距离激光测距仪的距离缩小预设值reduce_length长度，按照S3.3的步骤，得到报警区域模型轮廓点，将报警区域模型轮廓点显示在用户终端上，得到报警区域模型轮廓。
采用上述进一步方案的有益效果是：适当缩小报警区域模型轮廓可防止在选择报警区域的时候出现报警区超出轮廓的情况。可有效避免测距仪自身的精度带来的相同位置数据的变化。
进一步的，所述步骤S3.1中获得PT值的方法是：
把激光测距仪1到外壳的距离作为阈值t，ANGLE为俯视外壳时，玻璃窗口对应的角度，A和B分别为窗口两端端点，则测距仪转动一圈照射在外壳内的环境点个数为
PT_THRESH＝PT_CIRCLE*(360-ANGLE)/360；
设置两个容器模型BOX_G和BOX_L，一个点个数计数器PT_COUNT，一个既定阈值PT_THRESH，激光测距仪开始扫描后，扫描到的大于阈值t的环境点放在容器BOX_G中，小于阈值t的环境点存放在容器BOX_L中，
遇到从小于阈值的环境点到大于阈值的环境点的突变时，进行判断：
若BOX_L中的环境点个数＜PT_THRESH*0.8，把最近一次放入BOX_L的环境点放到BOX_G中，清空BOX_L中其余的环境点，继续进行扫描；
若BOX_L中的环境点个数＞PT_THRESH*0.8，记录BOX_G中环境点个数为PT_COUNT，清空BOX_L，BOX_G的环境点，本圈扫描结束，继续进行下一圈扫描；
按以上步骤继续进行下一圈扫描，若下一圈BOX_G中环境点个数与PT_COUNT之差的绝对值在PT_RANGE_WAVE之内，任选下一圈BOX_G中环境点个数与PT_COUNT之间中的一个，作为PT值保存；
若下一圈BOX_G中环境点个数与PT_COUNT之差的绝对值不在PT_RANGE_WAVE之内，则记录PT_COUNT为下一圈BOX_G点个数，继续进行再一圈扫描，直到连续两次获得的BOX_G点个数的差异值在PT_RANGE_WAVE范围内，则确定任意一次BOX_G中的点个数为PT值。
采用以上进一步方案的有益效果为：本方法可有效排除玻璃上反光点的干扰，使似模型点采集更加准确。
进一步的，所述用户终端根据测距数据判断对应环境点是否在报警区域的方法是：
激光测距仪按照权利要求7的方法进行扫描和环境点的判断及存储，直到遇到从距离激光测距仪的距离小于阈值t的环境点到距离激光测距仪的距离大于阈值t的环境点的突变情况，且BOX_L中的环境点个数＞PT_THRESH*0.8时，对BOX_G中的点个数进行判断：
若BOX_G中点个数不在阈值PT±PT_RANGE_WAVE的范围内，舍去BOX_G中的点，继续进行扫描，直到得到的BOX_G中点个数在阈值PT±PT_RANGE_WAVE范围内；
若BOX_G中点个数在阈值PT±PT_RANGE_WAVE范围，确定此时是BOX_G中第0个点为A位置的点，BOX_G中最后一个点为B位置的点；
当A和B位置确定后,按S3.2和S3.3的步骤将环境点对应的场景显示点显示在用户终端上，当有场景显示点落在报警区域内时，判断场景显示点对应环境点在报警区域内。
附图说明
图1为本发明激光测距仪、减速机、步进电机和外壳立体组合图；
图2为本发明电路连接图；
图3为本发明方法示意图；
图4为本发明方法中的建立报警区域轮廓具体流程示意图；
图5为外壳俯视图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、激光测距仪；2、减速机；3、步进电机，4、外壳；5、玻璃窗口；6、角度ANGLE。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，先进行设备组装：激光测距仪1、减速机2和步进电机3安装在一个外壳4内，外壳4能够装下激光测距仪1、减速机2和步进电机3即可，所述外壳4上设置有玻璃窗口，用于使激光透射出外壳4。
如图2所示，所述激光测距仪1和用户终端电性连接，用于将激光照射到环境点上，并将实时测距数据传给用户终端；所述用户终端和步进电机3电性连接，用于控制步进电机3的启动和停止，用户终端采用tcp通讯modbus工业协议控制步进电机3运行，所述用户终端和报警器电性连接，用于建立报警区域模型轮廓，还用于控制步进电机启动，并根据步进电机的测距数据判断对应的环境点是否在报警区域内，若判断环境点在报警区域内，控制报警器进行报警。
如图3所示，使用时，按照如下步骤进行限高监测：
S1、激光测距仪1安装在限高报警临界高度处；
S2、用户终端控制步进电机3启动，步进电机3带动激光测距仪1绕竖直中轴在水平面上进行匀速转动，激光测距仪1将激光照射到环境点上，并将实时测距数据传给用户终端；
S3、在用户终端内建立场景模型轮廓和报警区域模型轮廓；
S4、通过鼠标在报警区域模型轮廓内点击，进行报警区域的选择；
S5、用户终端根据测距数据判断对应环境点是否在报警区域内，若判断环境点在报警区域内，用户终端向报警器发送报警指令，报警器进行报警。
所述的步骤S3具体包括以下步骤：
S3.1、用户终端收到激光测距仪1在不同时间测得的距离数据，并根据不同的距离数据确定对应的环境点位置，排除掉激光测距仪1照射在外壳4内的环境点之后，设从玻璃窗口上照射出的环境点个数为PT，将这PT个环境点作为似模型点建模使用；
所述获得PT值的方法是：
把激光测距仪1到外壳4的距离作为阈值t，如图5所示，ANGLE为俯视外壳4时，玻璃窗口对应的角度，A和B分别为窗口两端端点，则测距仪转动一圈照射在外壳4内的环境点个数为
PT_THRESH＝PT_CIRCLE*(360-ANGLE)/360；
设置两个容器模型BOX_G和BOX_L，一个点个数计数器PT_COUNT，一个既定阈值PT_THRESH，激光测距仪开始扫描后，扫描到的大于阈值t的环境点放在容器BOX_G中，小于阈值t的环境点存放在容器BOX_L中，
大于阈值和小于阈值的点之间的切换分以下情况：
1、从大于阈值的点到小于阈值的点的突变处理：结合实际场景，这种情况发生在，a.从环境到后壳的突变情况。b.在窗口中，从环境物体到玻璃的突变情况。对这两种情况都不作处理。
2、从小于阈值的点到大于阈值的点的突变处理：结合实际场景，这种情况发生，a.从后壳到环境的突变情况。b.在窗口中，从玻璃反射点到环境物体的突变情况。
因此，遇到从小于阈值的环境点到大于阈值的环境点的突变时，需要进行判断：
若BOX_L中的环境点个数＜PT_THRESH*0.8，可认为最近一次放入BOX_L的环境点是玻璃反射的干扰点，把最近一次放入BOX_L的环境点放到BOX_G中，清空BOX_L中其余的环境点，继续进行扫描；
若BOX_L中的环境点个数＞PT_THRESH*0.8，可认为是从后壳到环境的突变情况，这一圈扫描结束，记录BOX_G中环境点个数为PT_COUNT，清空BOX_L，BOX_G的环境点，本圈扫描结束，继续进行下一圈扫描；
按以上步骤继续进行下一圈扫描，若下一圈BOX_G中环境点个数与PT_COUNT之差的绝对值在PT_RANGE_WAVE之内，任选下一圈BOX_G中环境点个数与PT_COUNT之间中的一个，作为PT值保存；
若下一圈BOX_G中环境点个数与PT_COUNT之差的绝对值不在PT_RANGE_WAVE之内，则记录PT_COUNT为下一圈BOX_G点个数，继续进行再一圈扫描，直到连续两次获得的BOX_G点个数的差异值在PT_RANGE_WAVE范围内，则确定任意一次BOX_G中的点个数为PT值。
S3.2、利用激光测距仪1频率转速NP，步进电机3转动一圈走过的步数M，步进电机3的转速V，得到步进电机3转动一圈，激光照射到的环境点个数PT_CIRCLE＝NP×(M/V)，因此得到似模型点所占的角度ANGLE_MODE＝PT×(360/PT_CIRCLE)；
S3.3、把ANGLE_MODE平均分配到每个似模型点上，得到每一个似模型点和激光测距仪1之间的角度，结合似模型点距离激光测距仪1的距离数据，得到每一个似模型点距离激光测距仪1的距离和角度(L,Q)，建立似模型点和相应的场景模型轮廓之间的映射关系：
Vec_dis＝min(Width_view,height_view)*L/LIMIT_LENGTH；
X_view＝Vec_dis*cos(Q)；
Y_view＝Vec_dis*sin(Q)；
其中，LIMIT_LENGTH是需要监视的最远距离，(L,Q)为似模型点距离激光测距仪1的距离和角度，Width_view、height_view分别为显示点构成的显示视图的宽和高，Vec_dis为显示点到模型中心的径向距离，X_view为相应的显示点的x方向位置，Y_view为在相应的显示点的y方向位置；
通过映射关系，得到场景模型显示点位置，将场景模型显示点显示在用户终端上，得到场景模型轮廓；
S3.4、把每个似模型点距离激光测距仪1的距离缩小预设值reduce_length长度，按照S3.3的步骤，得到报警区域模型轮廓点，将报警区域模型轮廓点显示在用户终端上，得到报警区域模型轮廓。
所述步骤S5中的用户终端根据测距数据判断对应环境点是否在报警区域的方法是：
激光测距仪按照权利要求7的方法进行扫描和环境点的判断及存储，直到遇到从距离激光测距仪的距离小于阈值t的环境点到距离激光测距仪的距离大于阈值t的环境点的突变情况，且BOX_L中的环境点个数＞PT_THRESH*0.8时，对BOX_G中的点个数进行判断：
若BOX_G中点个数不在阈值PT±PT_RANGE_WAVE的范围内，舍去BOX_G中的点，继续进行扫描，直到得到的BOX_G中点个数在阈值PT±PT_RANGE_WAVE范围内；
若BOX_G中点个数在阈值PT±PT_RANGE_WAVE范围，确定此时是BOX_G中第0个点为A位置的点，BOX_G中最后一个点为B位置的点；
当A和B位置确定后,按S3.2和S3.3的步骤将环境点对应的场景显示点显示在用户终端上，当有场景显示点落在报警区域内时，判断场景显示点对应环境点在报警区域内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种限高监测系统，其特征在于，包括激光测距仪(1)、步进电机(3)、用户终端和报警器；
所述步进电机(3)连接激光测距仪(1),用于控制激光测距仪(1)绕竖直中轴在水平面上进行匀速转动；
所述激光测距仪(1)和用户终端电性连接，用于将激光照射到环境点上，并将实时测距数据传给用户终端；
所述用户终端和步进电机(3)电性连接，用于控制步进电机(3)的启动和停止；
所述用户终端和报警器电性连接，用于建立报警区域模型轮廓，还用于根据步进电机(3)的测距数据判断对应的环境点是否在报警区域内，若判断环境点在报警区域内，向报警器发送报警指令；
所述报警器用于根据接收的报警指令进行报警；
所述激光测距仪(1)、减速机(2)和步进电机(3)安装在外壳(4)内，所述外壳(4)上设置有玻璃窗口，用于使激光透射出外壳(4)。
2.根据权利要求1所述的限高监测系统，其特征在于，还包括减速机(2)，所述减速机(2)连接于步进电机(3)和激光测距仪(1)之间,用于降低激光测距仪的转速。
3.根据权利要求1所述的限高监测系统，其特征在于，所述外壳(4)上还设置有调平装置。
4.一种限高监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、激光测距仪(1)安装在限高报警临界高度处；
S2、用户终端控制步进电机(3)启动，步进电机(3)带动激光测距仪(1)绕竖直中轴在水平面上进行匀速转动，激光测距仪(1)将激光照射到环境点上，并将实时测距数据传给用户终端；
S3、在用户终端内建立场景模型轮廓和报警区域模型轮廓；
S4、在报警区域模型轮廓内进行报警区域的选择；
S5、用户终端根据测距数据判断对应环境点是否在报警区域内，若判断环境点在报警区域内，用户终端向报警器发送报警指令，报警器进行报警。
5.根据权利要求4所述的限高监测方法，其特征在于，所述的步骤S3具体包括以下步骤：
S3.1、用户终端收到激光测距仪(1)在不同时间测得的距离数据，并根据不同的距离数据确定对应的环境点位置，排除掉激光测距仪(1)照射在外壳(4)内的环境点之后，设从玻璃窗口上照射出的环境点个数为PT，将这PT个环境点作为似模型点建模使用；
S3.2、利用激光测距仪(1)频率转速NP，步进电机(3)转动一圈走过的步数M，步进电机(3)的转速V，得到步进电机(3)转动一圈，激光照射到的环境点个数PT_CIRCLE＝NP×(M/V)，因此得到似模型点所占的角度ANGLE_MODE＝PT×(360/PT_CIRCLE)；
S3.3、把ANGLE_MODE平均分配到每个似模型点上，得到每一个似模型点和激光测距仪(1)之间的角度，结合似模型点距离激光测距仪(1)的距离数据，得到每一个似模型点距离激光测距仪(1)的距离和角度(L,Q)，建立似模型点和相应的场景模型轮廓之间的映射关系：
Vec_dis＝min(Width_view,height_view)*L/LIMIT_LENGTH；
X_view＝Vec_dis*cos(Q)；
Y_view＝Vec_dis*sin(Q)；
其中，LIMIT_LENGTH是需要监视的最远距离，(L,Q)为似模型点距离激光测距仪(1)的距离和角度，Width_view、height_view分别为显示点构成的显示视图的宽和高，Vec_dis为显示点到模型中心的径向距离，X_view为相应的显示点的x方向位置，Y_view为在相应的显示点的y方向位置；
通过映射关系，得到场景模型显示点位置，将场景模型显示点显示在用户终端上，得到场景模型轮廓；
S3.4、把每个似模型点距离激光测距仪(1)的距离缩小预设值reduce_length长度，按照S3.3的步骤，得到报警区域模型轮廓点，将报警区域模型轮廓点显示在用户终端上，得到报警区域模型轮廓。
6.根据权利要求5所述的限高监测方法，其特征在于，所述步骤S3.1中获得PT值的方法是：
把激光测距仪(1)到外壳(4)的距离作为阈值t，ANGLE为俯视外壳(4)时，玻璃窗口对应的角度，A和B分别为窗口两端端点，则测距仪转动一圈照射在外壳(4)内的环境点个数为
PT_THRESH＝PT_CIRCLE*(360-ANGLE)/360；
设置两个容器模型BOX_G和BOX_L，一个点个数计数器PT_COUNT，一个既定阈值PT_THRESH，激光测距仪开始扫描后，扫描到的大于阈值t的环境点放在容器BOX_G中，小于阈值t的环境点存放在容器BOX_L中，
遇到从小于阈值的环境点到大于阈值的环境点的突变时，进行判断：
若BOX_L中的环境点个数＜PT_THRESH*0.8，把最近一次放入BOX_L的环境点放到BOX_G中，清空BOX_L中其余的环境点，继续进行扫描；
若BOX_L中的环境点个数＞PT_THRESH*0.8，记录BOX_G中环境点个数为PT_COUNT，清空BOX_L，BOX_G的环境点，本圈扫描结束，继续进行下一圈扫描；
按以上步骤继续进行下一圈扫描，若下一圈BOX_G中环境点个数与PT_COUNT之差的绝对值在PT_RANGE_WAVE之内，任选下一圈BOX_G中环境点个数与PT_COUNT之间中的一个，作为PT值保存；
若下一圈BOX_G中环境点个数与PT_COUNT之差的绝对值不在PT_RANGE_WAVE之内，则记录PT_COUNT为下一圈BOX_G点个数，继续进行再一圈扫描，直到连续两圈扫描获得的BOX_G点个数的差异值在PT_RANGE_WAVE范围内，则选择两圈扫描中的任意一次BOX_G中的点个数为PT值。
7.根据权利要求6所述的限高监测方法，其特征在于，所述步骤S5中的，用户终端根据测距数据判断对应环境点是否在报警区域的方法是：
激光测距仪按照权利要求7的方法进行扫描和环境点的判断及存储，直到遇到从距离激光测距仪的距离小于阈值t的环境点到距离激光测距仪的距离大于阈值t的环境点的突变情况，且BOX_L中的环境点个数＞PT_THRESH*0.8时，对BOX_G中的点个数进行判断：
若BOX_G中点个数不在阈值PT±PT_RANGE_WAVE的范围内，舍去BOX_G中的点，继续进行扫描，直到得到的BOX_G中点个数在阈值PT±PT_RANGE_WAVE范围内；
若BOX_G中点个数在阈值PT±PT_RANGE_WAVE范围，确定此时是BOX_G中第0个点为A位置的点，BOX_G中最后一个点为B位置的点；
A和B位置确定后,按3.3的步骤将环境点对应的场景显示点显示在用户终端上，当有场景显示点落在报警区域内时，判断场景显示点对应环境点在报警区域内。
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| CN201510943899.5A CN105466340B (zh) | 2015-12-16 | 2015-12-16 | 一种限高监测系统及方法 |
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