CN113175982A - 基于3d雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法及系统 - Google Patents

基于3d雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法及系统，包括矿料从矿料仓进入运矿车的车厢，通过多个3D雷达物位扫描仪采用多雷达波束、多点扫描测量模式扫描车厢后获取车厢内料面的全息信息，所述全息信息包括矿料的物位；根据运矿车车厢内料面的全息信息，获得车厢内矿料的质量；监测车厢内矿料的质量，使得车厢内矿料的最终重量不大于车厢的限制载重。本发明用3D雷达物位扫描仪能够准确、真实的反应矿石的料位变化情况提高了运矿指标。

Description

基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法及系统
技术领域
本发明涉及矿料运输技术领域，特别是涉及一种基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法及系统。
背景技术
目前很多矿山铁路装车系统没有计量装置，一直靠传统的目测方法确定装车重量，计量误差较大。为杜绝货物列车超载、偏载运输安全风险，确保列车运行安全，安设超偏载检测装置，对进站货物列车实时检测，发现超载、偏载问题及时在站内停车处理。按目前实际装车水平，不仅会增加铁路部门加收的取送车费用，更会对矿石输出效率产生严重影响，无法满足供货需要。
在连续下矿及出矿的情况下，介质颗粒细小，而且干燥，车皮内充满浓重的尘质。采用非接触式测量方式、电容式或射频导纳式及重锤式测量，均克服不了上述问题。
发明内容
针对现有生产技术的不足，本发明提出一种基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法及系统。
根据本发明的一个方面，本发明提供一种基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法，包括：
矿料从矿料仓进入运矿车的车厢，通过多个3D雷达物位扫描仪采用多雷达波束、多点扫描测量模式扫描车厢后获取车厢内料面的全息信息，所述全息信息包括矿料的物位；
根据运矿车车厢内料面的全息信息，获得车厢内矿料的质量；
监测车厢内矿料的质量，使得车厢内矿料的最终重量不大于车厢的限制载重。
可选地，所述根据运矿车车厢内料面的全息信息，获得车厢内矿料的质量的步骤包括：
通过车厢内矿料的物位变化获得车厢内矿料的体积变化；
通过车厢内矿料的体积变化和堆积密度，获得车厢内矿料的质量变化。
可选地，所述监测车厢内矿料的质量，使得车厢内矿料的最终重量不大于车厢的限制载重的步骤之前还包括调整堆积密度的步骤，所述调整堆积密度的步骤包括：
获得矿料仓出料的矿料的质量；
所述出料的矿料进入车厢，通过多个3D雷达物位扫描仪获得车厢内矿料的质量；
将矿料仓内出料的矿料的质量与车厢内矿料的质量进行比较；
如果所述矿料仓内出料的矿料的质量与所述车厢内矿料的质量的误差在设定范围内，不调整堆积密度；
如果所述矿料仓内出料的矿料的质量大于所述车厢内矿料的质量且两者误差超过设定范围，将堆积密度调大；
如果所述矿料仓内出料的矿料的质量小于所述车厢内矿料的质量且两者误差超过设定范围，将堆积密度调小。
可选地，所述获得矿料仓出料的矿料的质量的步骤包括：
在矿料仓侧面或/和下方设定距离内设置至少一个3D雷达物位扫描仪；
通过上述至少一个3D雷达物位扫描仪采用多雷达波束、多点扫描测量模式，扫描矿料仓后获取仓内的料面全息信息，从而获得矿料仓的出料的矿料的质量。
可选地，所述多个3D雷达物位扫描仪发出多波束的覆盖面积不小于车厢底面的面积。
可选地，所述3D雷达物位扫描仪发出的波束为赫兹140GHz频率电磁波。
可选地，还包括：
根据矿料仓内的料面的全息信息对矿料仓内的矿料进行3D全息成像；
根据运矿车车厢内料面的全息信息对运矿车车厢内的矿料进行3D全息成像。
可选地，还包括：
采用多个3D雷达物位扫描仪扫描运矿车的车厢，获得所述车厢的容积，从而获得所述车厢的限制载重。
根据本发明的另一个方面，提供一种基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量系统，包括采用多个3D雷达物位扫描仪和控制器，通过多个3D雷达物位扫描仪采用多雷达波束、多点扫描测量模式扫描车厢后获取车厢内料面的全息信息，发送给控制器，所述全息信息包括矿料的物位；所述控制器根据运矿车车厢内料面的全息信息，获得车厢内矿料的质量，监测车厢内矿料的质量，使得车厢内矿料的最终重量不大于车厢的限制载重。
可选地，所述控制器还发送运矿车车厢内矿料的重量给驾驶运矿车的客户端。
本发明基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法及系统利用3D雷达物位扫描仪能够准确、真实的反应矿石的料位变化情况，对矿石的溢出、矿石未满足设定值，提高了运矿指标、车皮(运矿车的车厢)的经济运行。
附图说明
图1是本发明所述基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法的流程图的示意图；
图2是本发明所述基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量系统的一个实施例的示意图；
图3是本发明所述基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量系统的另一个实施例的示意图。
具体实施方式
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一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
图1是本发明所述基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法的流程图的示意图，如图1所示，所述基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法包括：
步骤S1，矿料从矿料仓进入运矿车的车厢，通过多个3D雷达物位扫描仪采用多雷达波束、多点扫描测量模式扫描车厢后获取车厢内料面的全息信息，所述全息信息包括矿料的物位；
步骤S2，根据运矿车车厢内料面的全息信息，获得车厢内矿料的质量；
步骤S3，监测车厢内矿料的质量，使得车厢内矿料的最终重量不大于车厢的限制载重。
在一个实施例中，在步骤S3中，所述根据运矿车车厢内料面的全息信息，获得车厢内矿料的质量的步骤包括：
通过车厢内矿料的物位变化获得车厢内矿料的体积变化；
通过车厢内矿料的体积变化和堆积密度，获得车厢内矿料的质量变化。
在一个实施例中，在步骤S3之前还包括调整堆积密度的步骤，所述调整堆积密度的步骤包括：
获得矿料仓出料的矿料的质量；
所述出料的矿料进入车厢，通过多个3D雷达物位扫描仪获得车厢内矿料的质量；
将矿料仓内出料的矿料的质量与车厢内矿料的质量进行比较；
如果所述矿料仓内出料的矿料的质量与所述车厢内矿料的质量的误差在设定范围内，不调整堆积密度；
如果所述矿料仓内出料的矿料的质量大于所述车厢内矿料的质量且两者误差超过设定范围，将堆积密度调大；
如果所述矿料仓内出料的矿料的质量小于所述车厢内矿料的质量且两者误差超过设定范围，将堆积密度调小。
在一个实施例中，所述获得矿料仓出料的矿料的质量的步骤包括：
在矿料仓侧面或/和下方设定距离内设置至少一个3D雷达物位扫描仪；
通过上述至少一个3D雷达物位扫描仪采用多雷达波束、多点扫描测量模式，扫描矿料仓后获取仓内的料面全息信息，从而获得矿料仓的出料的矿料的质量。
在一个实施例中，所述获得矿料仓出料的矿料的质量的步骤包括：
通过重量计检测矿料仓的重量变化，从而获得矿料仓的出料的矿料的质量。
在一个实施例中，所述多个3D雷达物位扫描仪发出多波束的覆盖面积不小于车厢底面的面积。
在一个实施例中，还包括：
根据矿料仓内的料面的全息信息对矿料仓内的矿料进行3D全息成像；
根据运矿车车厢内料面的全息信息对运矿车车厢内的矿料进行3D全息成像。
在一个实施例中，还包括：
通过矿料仓出料或/和运矿车进料的历史曲线、历史数据检查分析物料进出是否正常，例如，将历史曲线作为基线，当超出基线设定阈值范围(例如5％)认为不正常。
在一个实施例中，所述3D雷达物位扫描仪发出的波束为赫兹140GHz频率电磁波。本发明采用120GHz、130GHz、140GHz和150GHz的3D雷达物位扫描仪发出的波束采用上述基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法进行了矿物运输，120GHz、130GHz和150GHz的波束对矿料仓或运矿车车厢扫描形成的3D全息成像均存在失真，只有140GHz的波束对矿料仓或运矿车车厢扫描形成的3D全息成像没有失真。
上述基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法采用多雷达波束、多点扫描测量模式，扫描后可以获取仓内料面全息信息；多个独立的收发系统--多波束覆盖整个料面，测量更加精确可靠；采用数学模型进行3D全息成像，直观反映料面变化情况。反应速度快，料面成像与实际料面变化同步；高精度体积、物位测量，通过3D可视化图形供监控人员直观掌握料仓库存情况。
在一个实施例中，还包括：
采用多个3D雷达物位扫描仪扫描运矿车的车厢，获得所述车厢的容积，从而获得所述车厢的限制载重。
本发明所述基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法对3D雷达物位扫描仪的信号进行数据处理，快速扫描车厢的容积。安装多个3D雷达物位计，各个物位计之间扫描出的信号进行3D图形拼接，一种矿料的堆积密度是一个范围，为了获得堆积密度的准确值，调整物料堆积密度，从而获得运矿火车的准确进料量，防止超载。计算出物料堆积形状并计算物料的体积、质量等信息。
在一个实施例中，还包括：
将运矿车车厢内矿料的重量给驾驶运矿车的客户端，还可以将全息图像发送给客户端。可选地，将矿料仓出料和运矿车进料的数据发布与推送，例如通过5G等通讯网络将数据发布在web页面或移动终端APP上，使相关人员及时了解和掌握。
在一个实施例中，基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法包括：
每个矿料仓的下料口安装一个3D雷达物位扫描仪，每节运矿车的车厢通过3-4个矿料仓进料，也就是说通过3-4个3D雷达物位扫描仪。多个扫描仪同时工作，扫描结果通过计算、删除、拼接等数学算法，计算车厢的容积、下料的矿石体积。依据下料的矿石体积及堆积密度(例如1.0-1.5)的计算出矿石在车厢内的实际质量。
通过对每种车厢的装载能力，设定车厢的装车量(不大于限制载重)。根据3D雷达物位扫描仪的结果，及时调整下矿量、控制下矿设备的启/停。
图2是本发明所述基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量系统的一个实施例的示意图，如图2所示，所述基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量系统，包括采用多个3D雷达物位扫描仪1和控制器2，通过多个3D雷达物位扫描仪采用多雷达波束、多点扫描测量模式扫描车厢后获取车厢内料面的全息信息，发送给控制器，所述全息信息包括矿料的物位；所述控制器根据运矿车车厢内料面的全息信息，获得车厢内矿料的质量，监测车厢内矿料的质量，使得车厢内矿料的最终重量不大于车厢的限制载重。所述3D雷达物位扫描仪和控制器通过有线或无线方式通讯。
可选地，所述控制器还发送运矿车车厢内矿料的重量给驾驶运矿车的客户端。
在一个实施例中，铁路装车计量系统还包括通讯模块4，接收3D雷达物位扫描仪输出的信号，传输给控制器。
可选地，还包括总线模块3，多个3D雷达物位扫描仪通过总线连接，多个3D雷达物位扫描仪的输出信号通过总线模块传输到通讯模块，通过通讯模块对数据进行采集和分组发送给控制器，通过讯模块采集的数据存储到控制器。
上述铁路装车计量系统可以实现在线监测：各料仓基于3D雷达物位扫描仪在线监测料位；可参与控制系统的连锁控制，适用于各种料仓料位监控、料量监控计量等；料面可视化：采集测量数据形成3D可视化图形供监控人员直观掌握料仓库存情况；实时盘库：实时在线统计存量，定时统计入出流量；历史存储监控：通过软件历史曲线、历史数据可以检查分析物料进出是否正常；从简单的连续量加上下限报警到智能化信息化管控的转变。
在一个实施例中，3D雷达物位扫描仪输出的信号通过RS485与控制器连接，例如，3D雷达物位扫描仪输出4-20mA标准模拟量信号或者3D雷达物位扫描仪输出4-20mA标准模拟量信号通过RS485转化为数字信号进行通讯。
在一个实施例中，上述控制器执行的功能可以通过软件实现，也就是说,控制器包括：
体积变化获得模块，通过车厢内矿料的物位变化获得车厢内矿料的体积变化；
质量变化获得模块，通过车厢内矿料的体积变化和堆积密度，获得车厢内矿料的质量变化。
优选地，还包括堆积密度调整模块，所述堆积密度调整模块包括：
出料质量获得单元，获得矿料仓出料的矿料的质量；
进厢质量获得单元，获得车厢内矿料的质量；
比较单元，将矿料仓内出料的矿料的质量与车厢内矿料的质量进行比较；如果所述矿料仓内出料的矿料的质量大于所述车厢内矿料的质量且两者误差超过设定范围，发送第一调整信号给调整单元；如果所述矿料仓内出料的矿料的质量小于所述车厢内矿料的质量且两者误差超过设定范围，发送第二调整信号给调整单元；
调整单元接收到第一调整信号将堆积密度调大，接收到第二调整信号将堆积密度调小。
优选地，控制器还包括成像模块，根据矿料仓内的料面的全息信息对矿料仓内的矿料进行3D全息成像；根据运矿车车厢内料面的全息信息对运矿车车厢内的矿料进行3D全息成像。
优选地，还包括数据推送模块，发送运矿车车厢内矿料的重量、质量或/和全息成像给驾驶运矿车的客户端。
优选地，还包括显示器5，显示矿料仓出料、运矿车进料过程只能够的数据，所述数据包括全息信息、全息成像、矿料仓和运矿车的车厢内的矿料的物位变化、体积变化、质量变化、重量变化等。
图3是本发明所述基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量系统的另一个实施例的示意图，如图3所示，铁路装车计量系统通过多个矿料仓10向运矿车20的车厢出料，每一个矿料仓的下方设置一个3D雷达物位扫描仪1，3D雷达物位扫描仪现场安装位置选择，选定位置进行开孔，满足所选定的安装位置，安装位置下方需避开障碍物；3D雷达物位扫描仪4-20mA模拟量信号输出，接入总线，通过RS485数字信号输出，在控制器与3D雷达物位扫描仪之间铺设一根2芯双绞屏蔽线；现场安装3D雷达物位扫描仪、通讯模块、通信电缆；在控制器中安装3D雷达物位扫描仪的数学运算软件，开发算法软件；通过对车皮(运矿车的车厢)装矿的实测值与计算结果进行校正，调整堆积密度变化值；通过以上的工作程序，利用3D雷达物位扫描仪能够准确、真实的反应矿石的料位变化情况，对矿石的溢出、矿石未满足设定值，提高了运矿指标、车皮的经济运行。在运行过程中，大大减轻了维护人员的工作量。该发明使装矿工作稳定、可靠，解决了铁路装车计量的一个难题。具有良好的社会效益、环保效益和经济效益。
通过本发明基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量系统操作人员可实现多地操控，控制室人员可根据数据变化情况控制生产；现场人员也可根据现场的实际情况调整生产；生产管理者可以通过手机APP的访问端来协调生产。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法，其特征在于，包括：
矿料从矿料仓进入运矿车的车厢，通过多个3D雷达物位扫描仪采用多雷达波束、多点扫描测量模式扫描车厢后获取车厢内料面的全息信息，所述全息信息包括矿料的物位；
根据运矿车车厢内料面的全息信息，获得车厢内矿料的质量；
监测车厢内矿料的质量，使得车厢内矿料的最终重量不大于车厢的限制载重。
2.根据权利要求1所述的基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法，其特征在于，所述根据运矿车车厢内料面的全息信息，获得车厢内矿料的质量的步骤包括：
通过车厢内矿料的物位变化获得车厢内矿料的体积变化；
通过车厢内矿料的体积变化和堆积密度，获得车厢内矿料的质量变化。
3.根据权利要求2所述的基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法，其特征在于，所述监测车厢内矿料的质量，使得车厢内矿料的最终重量不大于车厢的限制载重的步骤之前还包括调整堆积密度的步骤，所述调整堆积密度的步骤包括：
获得矿料仓出料的矿料的质量；
所述出料的矿料进入车厢，通过多个3D雷达物位扫描仪获得车厢内矿料的质量；
将矿料仓内出料的矿料的质量与车厢内矿料的质量进行比较；
如果所述矿料仓内出料的矿料的质量与所述车厢内矿料的质量的误差在设定范围内，不调整堆积密度；
如果所述矿料仓内出料的矿料的质量大于所述车厢内矿料的质量且两者误差超过设定范围，将堆积密度调大；
如果所述矿料仓内出料的矿料的质量小于所述车厢内矿料的质量且两者误差超过设定范围，将堆积密度调小。
4.根据权利要求3所述的基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法，其特征在于，所述获得矿料仓出料的矿料的质量的步骤包括：
在矿料仓侧面或/和下方设定距离内设置至少一个3D雷达物位扫描仪；
通过上述至少一个3D雷达物位扫描仪采用多雷达波束、多点扫描测量模式，扫描矿料仓后获取仓内的料面全息信息，从而获得矿料仓的出料的矿料的质量。
5.根据权利要求1所述的基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法，其特征在于，所述多个3D雷达物位扫描仪发出多波束的覆盖面积不小于车厢底面的面积。
6.根据权利要求1所述的基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法，其特征在于，所述3D雷达物位扫描仪发出的波束为赫兹140GHz频率电磁波。
7.根据权利要求1所述的基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法，其特征在于，还包括：
根据矿料仓内的料面的全息信息对矿料仓内的矿料进行3D全息成像；
根据运矿车车厢内料面的全息信息对运矿车车厢内的矿料进行3D全息成像。
8.根据权利要求1所述的基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量方法，其特征在于，还包括：
采用多个3D雷达物位扫描仪扫描运矿车的车厢，获得所述车厢的容积，从而获得所述车厢的限制载重。
9.一种基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量系统，其特征在于，包括采用多个3D雷达物位扫描仪和控制器，通过多个3D雷达物位扫描仪采用多雷达波束、多点扫描测量模式扫描车厢后获取车厢内料面的全息信息，发送给控制器，所述全息信息包括矿料的物位；所述控制器根据运矿车车厢内料面的全息信息，获得车厢内矿料的质量，监测车厢内矿料的质量，使得车厢内矿料的最终重量不大于车厢的限制载重。
10.根据权利要求9所述的基于3D雷达物位扫描仪的铁路装车计量系统，其特征在于，所述控制器还发送运矿车车厢内矿料的重量给驾驶运矿车的客户端。
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