CN117455977A - 一种基于三维激光扫描的堆料体积计算方法及系统 - Google Patents

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CN117455977A CN202311267639.1A CN202311267639A CN117455977A CN 117455977 A CN117455977 A CN 117455977A CN 202311267639 A CN202311267639 A CN 202311267639A CN 117455977 A CN117455977 A CN 117455977A
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Abstract

本发明公开一种基于三维激光扫描的堆料体积计算方法及系统，该方法包括：通过三维激光扫描，生成堆料的三维模型，获取所述三维模型的点云数据，设置曲面片生成模型，对所述点云数据进行分割和曲面拟合，将所述三维模型分割成多个曲面片；基于多个所述曲面片，将所述三维模型分为多个体积元，设置体积元穿越模型，计算每个体积元的穿越比例，同时，设置体积元覆盖比例模型，计算体积元被堆料表面覆盖的覆盖比例；根据所述穿越比例和所述覆盖比例，计算堆料体积值，以完成堆料体积的计算。

Description

一种基于三维激光扫描的堆料体积计算方法及系统
技术领域
本发明属于堆料体积计算技术领域，更具体地，涉及一种基于三维激光扫描的堆料体积计算方法及系统。
背景技术
散料堆的体积测量是料仓管理工作的重要内容。准确地测量出散料堆的数量，可以有效促进料仓工作的顺利进行。料仓在接收，存储和转移物料时，至关重要的就是统计记录好物料的数量变化。这可以使料仓及时有效地了解到所需的材料并进行补充。因此，对于堆体的数量统计是至关重要的。
料仓堆放环境复杂，堆放后的曲面造型不一，因此难以对其进行数量上的统计。随着激光测量技术的发展，基于激光扫描的测量技术越来越多的应用于实际测量，但堆料体积测量系统都存在各自的不足，主要有以下问题：测量精度低，目前的体积测量系统，其测量结果的精度往往达不到标称的测量精度；测量效率低，目前的体积测量系统对大中型散料堆进行测量时，所需时间长，效率低。
发明内容
为解决以上技术特征，本发明提出一种基于三维激光扫描的堆料体积计算方法，包括：
通过三维激光扫描，生成堆料的三维模型，获取所述三维模型的点云数据，设置曲面片生成模型，对所述点云数据进行分割和曲面拟合，将所述三维模型分割成多个曲面片；
基于多个所述曲面片，将所述三维模型分为多个体积元，设置体积元穿越模型，计算每个体积元的穿越比例，同时，设置体积元覆盖比例模型，计算体积元被堆料表面覆盖的覆盖比例；
根据所述穿越比例和所述覆盖比例，计算堆料体积值，以完成堆料体积的计算。
进一步的，所述曲面片生成模型包括：
Fi((x，y，z)，(x′，y′，z′))
＝ai*x2+bi*y2+ci*z2+di*x*y′+ei*x*z′+fi*y*z′+gi*x′+hi*y′+j′i*z′+ki″
其中，Fi((x，y，z)，(x′，y′，z′))为第i个曲面片在三维空间中的几何形状值，(x，y，z)为点云坐标集中的第一坐标，其中，所述第一坐标的X轴坐标为x，Y轴坐标为y，Z轴坐标为z，(x′，y′，z′)为点云坐标集中的第二坐标，其中，所述第二坐标的X轴坐标为x′，Y轴坐标为y′，Z轴坐标为z′，ai为第i个曲面片的拟合系数a，bi为第i个曲面片的拟合系数b，ci为第i个曲面片的拟合系数c，di第i个曲面片的拟合系数d，ei第i个曲面片的拟合系数e，fi第i个曲面片的拟合系数f，gi第i个曲面片的拟合系数g，hi第i个曲面片的拟合系数h，j′i第i个曲面片的拟合系数j′，k″′i为第i个曲面片的拟合系数k″′。
进一步的，所述体积元穿越模型包括：
crossing_ratioijk＝1-exp(-k′i*impact_factorijk)
其中，impact_factorijk为第i个曲面片在X轴编号为j且在Y轴编号为k的穿越比例影响因子，distance_thresholdi为第i个曲面片的距离阈值，用于确定第i个曲面片是否存在穿越的体积元，crossing_ratioijk为第i个曲面片在X轴编号为j且在Y轴编号为k的体积元的穿越比例，k′i为第i个曲面片的曲率参数。
进一步的，所述体积元覆盖比例模型包括：
coverage_ratioi＝1-exp(-k″i*Fi(x，y，z))
其中，coverage_ratioi为第i个体积元被堆料表面覆盖的覆盖比例，k″i为第i个曲面片倾斜度及形状的参数。
进一步的，所述计算堆料体积值包括：
其中，S为堆料体积值，m为体积元的个数。
本发明还提出一种基于三维激光扫描的堆料体积计算系统，包括：
分割模块，用于通过三维激光扫描，生成堆料的三维模型，获取所述三维模型的点云数据，设置曲面片生成模型，对所述点云数据进行分割和曲面拟合，将所述三维模型分割成多个曲面片；
设置模型模块，用于基于多个所述曲面片，将所述三维模型分为多个体积元，设置体积元穿越模型，计算每个体积元的穿越比例，同时，设置体积元覆盖比例模型，计算体积元被堆料表面覆盖的覆盖比例；
计算模块，用于根据所述穿越比例和所述覆盖比例，计算堆料体积值，以完成堆料体积的计算。
进一步的，所述曲面片生成模型包括：
Fi((x，y，z)，(x′，y′，z′))
＝ai*x2+bi*y2+ci*z2+di*x*y′+ei*x*z′+fi*y*z′+gi*x′+hi*y′+j′i*z′+k″′i
其中，Fi((x，y，z)，(x′，y′，z′))为第i个曲面片在三维空间中的几何形状值，(x，y，z)为点云坐标集中的第一坐标，其中，所述第一坐标的X轴坐标为x，Y轴坐标为y，Z轴坐标为z，(x′，y′，z′)为点云坐标集中的第二坐标，其中，所述第二坐标的X轴坐标为x′，Y轴坐标为y′，Z轴坐标为z′，ai为第i个曲面片的拟合系数a，bi为第i个曲面片的拟合系数b，ci为第i个曲面片的拟合系数c，di第i个曲面片的拟合系数d，ei第i个曲面片的拟合系数e，fi第i个曲面片的拟合系数f，gi第i个曲面片的拟合系数g，hi第i个曲面片的拟合系数h，j′i第i个曲面片的拟合系数j′，k″′i为第i个曲面片的拟合系数k″′。
进一步的，所述体积元穿越模型包括：
crossing_ratioijk＝1-exp(-k′i*impact_factorijk)
其中，impact_factorijk为第i个曲面片在X轴编号为j且在Y轴编号为k的穿越比例影响因子，distance_thresholdi为第i个曲面片的距离阈值，用于确定第i个曲面片是否存在穿越的体积元，crossing_ratioijk为第i个曲面片在X轴编号为j且在Y轴编号为k的体积元的穿越比例，k′i为第i个曲面片的曲率参数。
进一步的，所述体积元覆盖比例模型包括：
coverage_ratioi＝1-exp(-k″i*Fi(x，y，z))
其中，coverage_ratioi为第i个体积元被堆料表面覆盖的覆盖比例，k″i为第i个曲面片倾斜度及形状的参数。
进一步的，所述计算堆料体积值包括：
其中，S为堆料体积值，m为体积元的个数。
通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明通过三维激光扫描，生成堆料的三维模型，获取所述三维模型的点云数据，设置曲面片生成模型，对所述点云数据进行分割和曲面拟合，将所述三维模型分割成多个曲面片；基于多个所述曲面片，将所述三维模型分为多个体积元，设置体积元穿越模型，计算每个体积元的穿越比例，同时，设置体积元覆盖比例模型，计算体积元被堆料表面覆盖的覆盖比例；根据所述穿越比例和所述覆盖比例，计算堆料体积值，以完成堆料体积的计算。本发明通过以上技术特征，能够准确的对堆料体积进行计算。
附图说明
图1是本发明实施例1的流程图；
图2是本发明实施例2的系统的结构图；
图3为本发明三维激光扫描仪现场工作图；
图4为本发明堆料三维点云模型示意图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
本发明提供的方法可以在如下的终端环境中实施，所述终端可以包括一个或多个如下部件：处理器、存储介质和显示屏。其中，存储介质中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现下述实施例所述的方法。
处理器可以包括一个或者多个处理核心。处理器利用各种接口和线路连接整个终端内的各个部分，通过运行或执行存储在存储介质内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储介质内的数据，执行终端的各种功能和处理数据。
存储介质可以包括随机存储介质(Random Access Memory，RAM)，也可以包括只读存储介质(Read-Only Memory，ROM)。存储介质可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令。
显示屏用于显示各个应用程序的用户界面。
本发明公式中所有下角标只为了区分参数，并没有实际含义。
除此之外，本领域技术人员可以理解，上述终端的结构并不构成对终端的限定，终端可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。比如，终端中还包括射频电路、输入单元、传感器、音频电路、电源等部件，在此不再赘述。
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供一种基于三维激光扫描的堆料体积计算方法，包括：
步骤101，如图3所示，通过三维激光扫描，生成堆料的三维模型，如图4所示，举例来说，扫测使用FARO S350 Plus 350三维激光扫描仪，根据构件特征和检测需求，设置扫描分辨率为1/5，扫测质量为3×，即在10m处点间距为7.7mm。由于测站布置距堆料表面较近，且各测站扫测的点云模型有所重叠，可有效提高最终三维点云模型的点云密度。根据堆料特征及现场扫测环境，在堆料上恰当位置处设测站并使用标靶球辅助进行点云拼接，相邻测站包含3个以上公共标靶，之后获取所述三维模型的点云数据，设置曲面片生成模型，对所述点云数据进行分割和曲面拟合，将所述三维模型分割成多个曲面片；
具体的，所述曲面片生成模型包括：
Fi((x，y，z)，(x′，y′，z′))
＝ai*x2+bi*y2+ci*z2+di*x*y′+ei*x*z′+fi*y*z′+gi*x′+hi*y′+j′i*z′+k″′i
其中，Fi((x，y，z)，(x′，y′，z′))为第i个曲面片在三维空间中的几何形状值，(x，y，z)为点云坐标集中的第一坐标，其中，所述第一坐标的X轴坐标为x，Y轴坐标为y，Z轴坐标为z，(x′，y′，z′)为点云坐标集中的第二坐标，其中，所述第二坐标的X轴坐标为x′，Y轴坐标为y′，Z轴坐标为z′，ai为第i个曲面片的拟合系数a，bi为第i个曲面片的拟合系数b，ci为第i个曲面片的拟合系数c，di第i个曲面片的拟合系数d，ei第i个曲面片的拟合系数e，fi第i个曲面片的拟合系数f，gi第i个曲面片的拟合系数g，hi第i个曲面片的拟合系数h，j′i第i个曲面片的拟合系数j′，k″′i为第i个曲面片的拟合系数k″′。
步骤102，基于多个所述曲面片，将所述三维模型分为多个体积元，设置体积元穿越模型，计算每个体积元的穿越比例，同时，设置体积元覆盖比例模型，计算体积元被堆料表面覆盖的覆盖比例；
具体的，所述体积元穿越模型包括：
crossing_ratioijk＝1-exp(-k′i*impact_factorijk)
其中，impact_factorijk为第i个曲面片在X轴编号为j且在Y轴编号为k的穿越比例影响因子，distance_thresholdi为第i个曲面片的距离阈值，用于确定第i个曲面片是否存在穿越的体积元，crossing_ratioijk为第i个曲面片在X轴编号为j且在Y轴编号为k的体积元的穿越比例，k′i为第i个曲面片的曲率参数。
穿越比例是用于描述在体积积分过程中，由于曲面(或高阶曲面)的存在，体积元内部被曲面覆盖的部分相对于整个体积元的比例。
具体的，所述体积元覆盖比例模型包括：
coverage_ratioi＝1-exp(-k″i*Fi(x,y,z))
其中，coverage_ratioi为第i个体积元被堆料表面覆盖的覆盖比例，k″i为第i个曲面片倾斜度及形状的参数。
步骤103，根据所述穿越比例和所述覆盖比例，计算堆料体积值，以完成堆料体积的计算。
具体的，所述计算堆料体积值包括：
其中，S为堆料体积值，m为体积元的个数。
实施例2
如图2所示，本发明实施例还提供一种基于三维激光扫描的堆料体积计算系统，包括：
分割模块，用于通过三维激光扫描，生成堆料的三维模型，获取所述三维模型的点云数据，设置曲面片生成模型，对所述点云数据进行分割和曲面拟合，将所述三维模型分割成多个曲面片；
具体的，所述曲面片生成模型包括：
Fi((x，y，z)，(x′，y′，z′))
＝ai*x2+bi*y2+ci*z2+di*x*y′+ei*x*z′+fi*y*z′+gi*x′+hi*y′+j′i*z′+k″′i
其中，Fi((x，y，z)，(x′，y′，z′))为第i个曲面片在三维空间中的几何形状值，(x，y，z)为点云坐标集中的第一坐标，其中，所述第一坐标的X轴坐标为x，Y轴坐标为y，Z轴坐标为z，(x′，y′，z′)为点云坐标集中的第二坐标，其中，所述第二坐标的X轴坐标为x′，Y轴坐标为y′，Z轴坐标为z′，ai为第i个曲面片的拟合系数a，bi为第i个曲面片的拟合系数b，ci为第i个曲面片的拟合系数c，di第i个曲面片的拟合系数d，ei第i个曲面片的拟合系数e，fi第i个曲面片的拟合系数f，gi第i个曲面片的拟合系数g，hi第i个曲面片的拟合系数h，j′i第i个曲面片的拟合系数j′，k″′i为第i个曲面片的拟合系数k″′。
设置模型模块，用于基于多个所述曲面片，将所述三维模型分为多个体积元，设置体积元穿越模型，计算每个体积元的穿越比例，同时，设置体积元覆盖比例模型，计算体积元被堆料表面覆盖的覆盖比例；
具体的，所述体积元穿越模型包括：
crossing_ratioijk＝1-exp(-k′i*impact_factorijk)
其中，impact_factorijk为第i个曲面片在X轴编号为j且在Y轴编号为k的穿越比例影响因子，distance_thresholdi为第i个曲面片的距离阈值，用于确定第i个曲面片是否存在穿越的体积元，crossing_ratioijk为第i个曲面片在X轴编号为j且在Y轴编号为k的体积元的穿越比例，k′i为第i个曲面片的曲率参数。
穿越比例是用于描述在体积积分过程中，由于曲面(或高阶曲面)的存在，体积元内部被曲面覆盖的部分相对于整个体积元的比例。
具体的，所述体积元覆盖比例模型包括：
coverage_ratioi＝1-exp(-k″i*Fi(x,y,z))
其中，coverage_ratioi为第i个体积元被堆料表面覆盖的覆盖比例，k″i为第i个曲面片倾斜度及形状的参数。
计算模块，用于根据所述穿越比例和所述覆盖比例，计算堆料体积值，以完成堆料体积的计算。
具体的，所述计算堆料体积值包括：
其中，S为堆料体积值，m为体积元的个数。
实施例3
本发明实施例还提出一种存储介质，存储有多条指令，所述指令用于实现所述的一种基于三维激光扫描的堆料体积计算方法。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以位于计算机网络中计算机终端群中的任意一个计算机终端中，或者位于移动终端群中的任意一个移动终端中。
可选地，在本实施例中，存储介质被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：步骤101，通过三维激光扫描，生成堆料的三维模型，获取所述三维模型的点云数据，设置曲面片生成模型，对所述点云数据进行分割和曲面拟合，将所述三维模型分割成多个曲面片；
具体的，所述曲面片生成模型包括：
Fi((x，y，z)，(x′，y′，z′))
＝ai*x2+bi*y2+ci*z2+di*x*y′+ei*x*z′+fi*y*z′+gi*x′+hi*y′+j′i*z′+k″i
其中，Fi((x，y，z)，(x′，y′，z′))为第i个曲面片在三维空间中的几何形状值，(x，y，z)为点云坐标集中的第一坐标，其中，所述第一坐标的X轴坐标为x，Y轴坐标为y，Z轴坐标为z，(x′，y′，z′)为点云坐标集中的第二坐标，其中，所述第二坐标的X轴坐标为x′，Y轴坐标为y′，Z轴坐标为z′，ai为第i个曲面片的拟合系数a，bi为第i个曲面片的拟合系数b，ci为第i个曲面片的拟合系数c，di第i个曲面片的拟合系数d，ei第i个曲面片的拟合系数e，fi第i个曲面片的拟合系数f，gi第i个曲面片的拟合系数g，hi第i个曲面片的拟合系数h，j′i第i个曲面片的拟合系数j′，k″′i为第i个曲面片的拟合系数k″′。
步骤102，基于多个所述曲面片，将所述三维模型分为多个体积元，设置体积元穿越模型，计算每个体积元的穿越比例，同时，设置体积元覆盖比例模型，计算体积元被堆料表面覆盖的覆盖比例；
具体的，所述体积元穿越模型包括：
crossing_ratioijk＝1-exp(-k′i*impact_factorijk)
其中，impact_factorijk为第i个曲面片在X轴编号为j且在Y轴编号为k的穿越比例影响因子，distance_thresholdi为第i个曲面片的距离阈值，用于确定第i个曲面片是否存在穿越的体积元，crossing_ratioijk为第i个曲面片在X轴编号为j且在Y轴编号为k的体积元的穿越比例，k′i为第i个曲面片的曲率参数。
穿越比例是用于描述在体积积分过程中，由于曲面(或高阶曲面)的存在，体积元内部被曲面覆盖的部分相对于整个体积元的比例。
具体的，所述体积元覆盖比例模型包括：
coverage_ratioi＝1-exp(-k″i*Fi(x，y，z))
其中，coverage_traioi为第i个体积元被堆料表面覆盖的覆盖比例，k″i为第i个曲面片倾斜度及形状的参数。
步骤103，根据所述穿越比例和所述覆盖比例，计算堆料体积值，以完成堆料体积的计算。
具体的，所述计算堆料体积值包括：
其中，S为堆料体积值，m为体积元的个数。
实施例4
本发明实施例还提出一种电子设备，包括处理器和与所述处理器连接的存储介质，所述存储介质存储有多条指令，所述指令可被所述处理器加载并执行，以使所述处理器能够执行一种基于三维激光扫描的堆料体积计算方法。
具体的，本实施例的电子设备可以是计算机终端，所述计算机终端可以包括：一个或多个处理器、以及存储介质。
其中，存储介质可用于存储软件程序以及模块，如本发明实施例中的一种基于三维激光扫描的堆料体积计算方法，对应的程序指令/模块，处理器通过运行存储在存储介质内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的一种基于三维激光扫描的堆料体积计算方法。存储介质可包括高速随机存储介质，还可以包括非易失性存储介质，如一个或者多个磁性存储系统、闪存、或者其他非易失性固态存储介质。在一些实例中，存储介质可进一步包括相对于处理器远程设置的存储介质，这些远程存储介质可以通过网络连接至终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
处理器可以通过传输系统调用存储介质存储的信息及应用程序，以执行下述步骤：步骤101，通过三维激光扫描，生成堆料的三维模型，获取所述三维模型的点云数据，设置曲面片生成模型，对所述点云数据进行分割和曲面拟合，将所述三维模型分割成多个曲面片；
具体的，所述曲面片生成模型包括：
Fi((x，y，z)，(x′，y′，z′))
＝ai*x2+bi*y2+ci*z2+di*x*y′+ei*x*z′+fi*y*z′+gi*x′+hi*y′+j′i*z′+k″′i
其中，Fi((x，y，z)，(x′，y′，z′))为第i个曲面片在三维空间中的几何形状值，(x，y，z)为点云坐标集中的第一坐标，其中，所述第一坐标的X轴坐标为x，Y轴坐标为y，Z轴坐标为z，(x′，y′，z′)为点云坐标集中的第二坐标，其中，所述第二坐标的X轴坐标为x′，Y轴坐标为y′，Z轴坐标为z′，ai为第i个曲面片的拟合系数a，bi为第i个曲面片的拟合系数b，ci为第i个曲面片的拟合系数c，di第i个曲面片的拟合系数d，ei第i个曲面片的拟合系数e，fi第i个曲面片的拟合系数f，gi第i个曲面片的拟合系数g，hi第i个曲面片的拟合系数h，j′i第i个曲面片的拟合系数j′，k″′i为第i个曲面片的拟合系数k″′。
步骤102，基于多个所述曲面片，将所述三维模型分为多个体积元，设置体积元穿越模型，计算每个体积元的穿越比例，同时，设置体积元覆盖比例模型，计算体积元被堆料表面覆盖的覆盖比例；
具体的，所述体积元穿越模型包括：
crossing_ratioijk＝1-exp(-k′i*impact_factorijk)
其中，impact+factorijk为第i个曲面片在X轴编号为j且在Y轴编号为k的穿越比例影响因子，distance_thresholdi为第i个曲面片的距离阈值，用于确定第i个曲面片是否存在穿越的体积元，crossing_ratioijk为第i个曲面片在X轴编号为j且在Y轴编号为k的体积元的穿越比例，k′i为第i个曲面片的曲率参数。
穿越比例是用于描述在体积积分过程中，由于曲面(或高阶曲面)的存在，体积元内部被曲面覆盖的部分相对于整个体积元的比例。
具体的，所述体积元覆盖比例模型包括：
coverage_ratioi＝1-exp(-k″i*Fi(x,y,z))
其中，coverage_ratioi为第i个体积元被堆料表面覆盖的覆盖比例，k″i为第i个曲面片倾斜度及形状的参数。
步骤103，根据所述穿越比例和所述覆盖比例，计算堆料体积值，以完成堆料体积的计算。
具体的，所述计算堆料体积值包括：
其中，S为堆料体积值，m为体积元的个数。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本发明所提供的几个实施例中，应所述理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者所述技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，所述计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储介质(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储介质(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于三维激光扫描的堆料体积计算方法，其特征在于，包括：
通过三维激光扫描，生成堆料的三维模型，获取所述三维模型的点云数据，设置曲面片生成模型，对所述点云数据进行分割和曲面拟合，将所述三维模型分割成多个曲面片；
基于多个所述曲面片，将所述三维模型分为多个体积元，设置体积元穿越模型，计算每个体积元的穿越比例，同时，设置体积元覆盖比例模型，计算体积元被堆料表面覆盖的覆盖比例；
根据所述穿越比例和所述覆盖比例，计算堆料体积值，以完成堆料体积的计算。
2.如权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的堆料体积计算方法，其特征在于，所述曲面片生成模型包括：
Fi((x，y，z)，(x′，y′，z′))
＝ai*x2+bi*y2+ci*z2+di*x*y′+ei*x*z′+fi*y*z′+gi*x′+hi*y′+j′i*z′+k″′i
其中，Fi((x，y，z)，(x′，y′，z′))为第i个曲面片在三维空间中的几何形状值，(x，y，z)为点云坐标集中的第一坐标，其中，所述第一坐标的X轴坐标为x，Y轴坐标为y，Z轴坐标为z，(x′，y′，z′)为点云坐标集中的第二坐标，其中，所述第二坐标的X轴坐标为x′，Y轴坐标为y′，Z轴坐标为z′，ai为第i个曲面片的拟合系数a，bi为第i个曲面片的拟合系数b，ci为第i个曲面片的拟合系数c，di第i个曲面片的拟合系数d，ei第i个曲面片的拟合系数e，fi第i个曲面片的拟合系数f，gi第i个曲面片的拟合系数g，hi第i个曲面片的拟合系数h，j′i第i个曲面片的拟合系数j′，k″′i为第i个曲面片的拟合系数k″′。
3.如权利要求2所述的一种基于三维激光扫描的堆料体积计算方法，其特征在于，所述体积元穿越模型包括：
crossing_ratioijk＝1-exp(-k′i*impact_factorijk)
其中，impact_factorijk为第i个曲面片在X轴编号为j且在Y轴编号为k的穿越比例影响因子，distance_thresholdi为第i个曲面片的距离阈值，用于确定第i个曲面片是否存在穿越的体积元，crossing_ratioijk为第i个曲面片在X轴编号为j且在Y轴编号为k的体积元的穿越比例，k′i为第i个曲面片的曲率参数。
4.如权利要求2所述的一种基于三维激光扫描的堆料体积计算方法，其特征在于，所述体积元覆盖比例模型包括：
coverage_ratioi＝1-exp(-k″i*Fi(x，y，z))
其中，coverage_ratioi为第i个体积元被堆料表面覆盖的覆盖比例，k″i为第i个曲面片倾斜度及形状的参数。
5.如权利要求3或4任一项所述的一种基于三维激光扫描的堆料体积计算方法，其特征在于，所述计算堆料体积值包括：
其中，S为堆料体积值，m为体积元的个数。
6.一种基于三维激光扫描的堆料体积计算系统，其特征在于，包括：
分割模块，用于通过三维激光扫描，生成堆料的三维模型，获取所述三维模型的点云数据，设置曲面片生成模型，对所述点云数据进行分割和曲面拟合，将所述三维模型分割成多个曲面片；
设置模型模块，用于基于多个所述曲面片，将所述三维模型分为多个体积元，设置体积元穿越模型，计算每个体积元的穿越比例，同时，设置体积元覆盖比例模型，计算体积元被堆料表面覆盖的覆盖比例；
计算模块，用于根据所述穿越比例和所述覆盖比例，计算堆料体积值，以完成堆料体积的计算。
7.如权利要求6所述的一种基于三维激光扫描的堆料体积计算系统，其特征在于，所述曲面片生成模型包括：
Fi((x，y，z)，(x′，y′，z′))
＝ai*x2+bi*y2+ci*z2+di*x*y′+ei*x*z′+fi*y*z′+gi*x′+hi*y′+j′i*z′+k″′i
其中，Fi((x，y，z)，(x′，y′，z′))为第i个曲面片在三维空间中的几何形状值，(x，y，z)为点云坐标集中的第一坐标，其中，所述第一坐标的X轴坐标为x，Y轴坐标为y，Z轴坐标为z，(x′，y′，z′)为点云坐标集中的第二坐标，其中，所述第二坐标的X轴坐标为x′，Y轴坐标为y′，Z轴坐标为z′，ai为第i个曲面片的拟合系数a，bi为第i个曲面片的拟合系数b，ci为第i个曲面片的拟合系数c，di第i个曲面片的拟合系数d，ei第i个曲面片的拟合系数e，fi第i个曲面片的拟合系数f，gi第i个曲面片的拟合系数g，hi第i个曲面片的拟合系数h，j′i第i个曲面片的拟合系数j′，k″′i为第i个曲面片的拟合系数k″′。
8.如权利要求7所述的一种基于三维激光扫描的堆料体积计算系统，其特征在于，所述体积元穿越模型包括：
crossing_ratioijk＝1-exp(-k′i*impact_factorijk)
其中，impact_factorijk为第i个曲面片在X轴编号为j且在Y轴编号为k的穿越比例影响因子，distance_thresholdi为第i个曲面片的距离阈值，用于确定第i个曲面片是否存在穿越的体积元，crossing_ratioijk为第i个曲面片在X轴编号为j且在Y轴编号为k的体积元的穿越比例，k′i为第i个曲面片的曲率参数。
9.如权利要求7所述的一种基于三维激光扫描的堆料体积计算系统，其特征在于，所述体积元覆盖比例模型包括：
coverage_ratioi＝1-exp(-k″i*Fi(x，y，z))
其中，coverage_ratioi为第i个体积元被堆料表面覆盖的覆盖比例，k″i为第i个曲面片倾斜度及形状的参数。
10.如权利要求8或9任一项所述的一种基于三维激光扫描的堆料体积计算系统，其特征在于，所述计算堆料体积值包括：
其中，S为堆料体积值，m为体积元的个数。
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