CN114562939B - 基于无人机的激光盘煤系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种基于无人机的激光盘煤系统，包括无人机和与所述无人机通过无线通讯链路连接的工作主机，所述无人机部署于煤堆正上方，所述煤堆上构造有位于煤堆顶的基点和分布于煤堆上的多个辅助点，所述无人机上至少搭载有一激光扫描仪，所述激光扫描仪配置为向所述煤堆发射至少覆盖所述基点和所述辅助点的检测光线，并依据反射光线记录所述辅助点相对于所述基点的三维坐标；所述工作主机设置有无线通讯模块、三维重建模块和体积估算模块，所述三维重建模块配置为根据所述三维坐标，生成煤堆的三维模型，所述体积估算模块配置为基于所述三维模型进行体积估算。本发明提供的基于无人机的激光盘煤系统，设备部署难度降低，变相降低成本。

Description

基于无人机的激光盘煤系统
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别是一种基于无人机的激光盘煤系统。
背景技术
电厂燃煤的库存盘点，作为整个燃料管理系统中的一个环节，有着举足轻重的重要性。早期的盘煤，一般是通过人工方式进行，这一方式需要用推土机将不规则煤堆整形，然后用尺子丈量，进而再估算出煤堆的体积。但是，实践证明，这种方式存在着比较大的误差。进而，为了更为准确的获得火电厂存煤量，有企业研发并应用了激光盘煤的技术手段。这一方法主要是依靠激光测距配合角度测量完成煤堆表面有限点的空间位置坐标的测量，而后再依靠算法进行三维建模，通过对三维模型进行体积估算，即可得出煤堆的估算体积。相对于人工方式而言，激光盘煤技术方案有着相对更高的精确度，但同时也增加了后续的维护成本。主要原因在于目前的激光盘煤技术方案，需要在煤场部署大量测量设备，而且在后续的建模及体积估算过程中，对工作人员的操作要求较高，需要改进。
发明内容
鉴于现有技术存在的上述问题，本发明的一个方面的目的在于提供一种基于无人机的激光盘煤系统。
为了实现上述目的，本发明提供的基于无人机的激光盘煤系统，包括无人机和与所述无人机通过无线通讯链路连接的工作主机，所述无人机部署于煤堆正上方，所述煤堆上构造有位于煤堆顶的基点和分布于煤堆上的多个辅助点，所述无人机上至少搭载有一激光扫描仪，所述激光扫描仪配置为向所述煤堆发射至少覆盖所述基点和所述辅助点的检测光线，并依据反射光线记录所述辅助点相对于所述基点的三维坐标；所述工作主机设置有无线通讯模块、三维重建模块和体积估算模块，所述三维重建模块配置为根据所述三维坐标，生成煤堆的三维模型，所述体积估算模块配置为基于所述三维模型进行体积估算。
作为优选，还包括数据预处理模块，所述数据预处理模块配置为构建三维坐标系，并将所述基点及所述辅助点投射到所述三维坐标系，其中，所述基点位于坐标原点。
作为优选，所述三维重建模块在进行三维重建时，基于OpenGL，执行正交投影，照相机至于所述三维坐标系的坐标原点，照相机方向指向所述三维坐标系的Z轴。
作为优选，所述体积估算单元在进行体积估算时，针对所述三维重建模块构建的三维模型，进行基于网格重建算法的表面网格重建，进而遍历所有网格，计算每个所述网格在XY平面上的投影面积，进而三维模型在所述三维坐标系的Y轴方向上的高程信息，基于离散积分算法，获得煤堆体积的估算值。
作为优选，所述无人机包括编组飞行的多个，且其包括位于煤堆顶部正上方的主无人机和位于所述主无人机四周的多个从无人机，所述从无人机上搭载有多个激光测距仪，所述激光测距仪配置为从多个检测点获取所述煤堆的斜距、方位角及垂直角，所述三维重建模块配置为根据所述斜距、方位角及垂直角，构建煤堆边缘，并在所述煤堆边缘投射所述辅助点以生成煤堆的三维模型。
作为优选，所述主无人机包括机架和设置在所述机架上的控制盒，所述控制盒配置为与所述工作主机无线通讯连接，且所述机架上呈中心对称地设置有多个机架支杆，每个所述机架支杆的自由端设置有提供升降力的升降机构，所述激光扫描仪悬挂设置于所述主无人机的机架的下方。
作为优选，所述升降机构包括通过一连接件固定在所述机架支杆上的升降电机以及设置在所述升降电机输出轴的螺旋桨。
作为优选，所述主无人机的机架的下方，还通过基座连接设置有两侧相对的起落架。
作为优选，所述基座上设置有一滑槽，所述滑槽内的中部设置有第三连动件，所述第三连动件受驱地连接在一起落架电机的输出端，且所述第三连动件的两端，分别铰接有第一连动杆和第二连动杆，所述第一连动杆的自由端，各与一铰接在调整槽内的起落架支杆铰接，以使所述起落架电机在工作时，可调整两个相对的所述起落架支杆的开合角度。
本发明提供的基于无人机的激光盘煤系统，可借助一个或多个无人机，通过测量煤堆顶和煤堆表面的多个点，获得其点云数据，进而基于OpenGL投影算法实现三维重建，进而针对重建的煤堆的三维模型，进行体积估算。相对于现有技术而言，在保持相对不变的精度条件下，设备部署难度降低，变相降低成本。
附图说明
图1为本发明的基于无人机的激光盘煤系统的系统框图。
图2为本发明的基于无人机的激光盘煤系统的无人机的结构示意图。
图3为本发明的基于无人机的激光盘煤系统的无人机的立体结构示意图。
图4为本发明的基于无人机的激光盘煤系统的无人机的另一个立体结构示意图。
图5为本发明的基于无人机的激光盘煤系统的无人机的又一个立体结构示意图。
图6为本发明的基于无人机的激光盘煤系统的无人机的再一个立体结构示意图。
图中：1-无人机；2-工作主机；11-控制盒；12-机架；13-升降机构；14-激光扫描仪；15-基座；16-起落架；100-煤堆；131-升降电机；132-螺旋桨；133-机架支杆；134-连接件；151-滑槽；152-第一连动杆；153-第二连动杆；154-第三连动件；155-起落架电机；1511-调整槽。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
此处参考附图描述本发明的各种方案以及特征。
通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本发明的这些和其它特性将会变得显而易见。
还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本发明进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本发明的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。
当结合附图时，鉴于以下详细说明，本发明的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。
如图1所示，本发明实施例提供的基于无人机的激光盘煤系统，包括无人机1和与所述无人机1通过无线通讯链路连接的工作主机2，所述无人机1部署于煤堆100正上方，所述煤堆100上构造有位于煤堆顶的基点（图中未标注）和分布于煤堆上的多个辅助点（图中未标注），所述无人机1上至少搭载有一激光扫描仪14，所述激光扫描仪14配置为向所述煤堆100发射至少覆盖所述基点和所述辅助点的检测光线，并依据反射光线记录所述辅助点相对于所述基点的三维坐标；所述工作主机2设置有无线通讯模块21、三维重建模块23和体积估算模块24，所述三维重建模块23配置为根据所述三维坐标，生成煤堆100的三维模型，所述体积估算模块24配置为基于所述三维模型进行体积估算。
在一些改进方案中，还包括数据预处理模块22，所述数据预处理模块22配置为构建三维坐标系，并将所述基点及所述辅助点投射到所述三维坐标系，其中，所述基点位于坐标原点。具体来说，所述三维重建模块23在进行三维重建时，基于OpenGL，执行正交投影，照相机至于所述三维坐标系的坐标原点，照相机方向指向所述三维坐标系的Z轴。
另外，所述体积估算单元24在进行体积估算时，针对所述三维重建模块23构建的三维模型，进行基于网格重建算法的表面网格重建，进而遍历所有网格，计算每个所述网格在XY平面上的投影面积，进而三维模型在所述三维坐标系的Y轴方向上的高程信息，基于离散积分算法，获得煤堆体积的估算值。
作为优选，所述无人机1包括编组飞行的多个，且其包括位于煤堆顶部正上方的主无人机和位于所述主无人机四周的多个从无人机，所述从无人机上搭载有多个激光测距仪，所述激光测距仪配置为从多个检测点获取所述煤堆的斜距、方位角及垂直角，所述三维重建模块23配置为根据所述斜距、方位角及垂直角，构建煤堆边缘，并在所述煤堆边缘投射所述辅助点以生成煤堆的三维模型。
图2至图6示出了本发明的基于无人机的激光盘煤系统的无人机的结构示意图，其中主无人机结构和从无人机结构相同，以主无人机为例，所述主无人机包括机架12和设置在所述机架12上的控制盒11，所述控制盒11配置为与所述工作主机无线通讯连接，且所述机架12上呈中心对称地设置有多个机架支杆133，每个所述机架支杆133的自由端设置有提供升降力的升降机构13，所述激光扫描仪14悬挂设置于所述主无人机的机架12的下方。
更具体来说，所述升降机构13包括通过一连接件134固定在所述机架12支杆上的升降电机131以及设置在所述升降电机131输出轴的螺旋桨132。所述主无人机的机架12的下方，还通过基座15连接设置有两侧相对的起落架16。为了便于调整采集位置以使无人机方便降落在煤堆100上，所述基座15上设置有一滑槽151，所述滑槽151内的中部设置有第三连动件154，所述第三连动件154受驱地连接在一起落架电机155的输出端，且所述第三连动件154的两端，分别铰接有第一连动杆152和第二连动杆153，所述第一连动杆152的自由端，各与一铰接在调整槽1511内的起落架支杆铰接，以使所述起落架电机155在工作时，可调整两个相对的所述起落架支杆的开合角度。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.基于无人机的激光盘煤系统，包括无人机和与所述无人机通过无线通讯链路连接的工作主机，所述无人机部署于煤堆正上方，所述煤堆上构造有位于煤堆顶的基点和分布于煤堆上的多个辅助点，所述无人机上至少搭载有一激光扫描仪，所述激光扫描仪配置为向所述煤堆发射至少覆盖所述基点和所述辅助点的检测光线，并依据反射光线记录所述辅助点相对于所述基点的三维坐标；所述工作主机设置有无线通讯模块、三维重建模块和体积估算模块，所述三维重建模块配置为根据所述三维坐标，生成煤堆的三维模型，所述体积估算模块配置为基于所述三维模型进行体积估算；
所述无人机包括编组飞行的多个，且其包括位于煤堆顶部正上方的主无人机和位于所述主无人机四周的多个从无人机，所述从无人机上搭载有多个激光测距仪，所述激光测距仪配置为从多个检测点获取所述煤堆的斜距、方位角及垂直角，所述三维重建模块配置为根据所述斜距、方位角及垂直角，构建煤堆边缘，并在所述煤堆边缘投射所述辅助点以生成煤堆的三维模型；
所述主无人机包括机架和设置在所述机架上的控制盒，所述控制盒配置为与所述工作主机无线通讯连接，且所述机架上呈中心对称地设置有多个机架支杆，每个所述机架支杆的自由端设置有提供升降力的升降机构，所述激光扫描仪悬挂设置于所述主无人机的机架的下方；
所述升降机构包括通过一连接件固定在所述机架支杆上的升降电机以及设置在所述升降电机输出轴的螺旋桨；
所述主无人机的机架的下方，还通过基座连接设置有两侧相对的起落架；
所述基座上设置有一滑槽，所述滑槽内的中部设置有第三连动件，所述第三连动件受驱地连接在一起落架电机的输出端，且所述第三连动件的两端，分别铰接有第一连动杆和第二连动杆，所述第一连动杆的自由端，各与一铰接在调整槽内的起落架支杆铰接，以使所述起落架电机在工作时，可调整两个相对的所述起落架支杆的开合角度。
2.如权利要求1所述的基于无人机的激光盘煤系统，还包括数据预处理模块，所述数据预处理模块配置为构建三维坐标系，并将所述基点及所述辅助点投射到所述三维坐标系，其中，所述基点位于坐标原点。
3.如权利要求2所述的基于无人机的激光盘煤系统，所述三维重建模块在进行三维重建时，基于OpenGL，执行正交投影，照相机至于所述三维坐标系的坐标原点，照相机方向指向所述三维坐标系的Z轴。
4.如权利要求1所述的基于无人机的激光盘煤系统，所述体积估算单元在进行体积估算时，针对所述三维重建模块构建的三维模型，进行基于网格重建算法的表面网格重建，进而遍历所有网格，计算每个所述网格在XY平面上的投影面积，进而三维模型在所述三维坐标系的Y轴方向上的高程信息，基于离散积分算法，获得煤堆体积的估算值。
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