RU203674U1

RU203674U1 - A device for carrying out calibration / verification of automated measuring systems for round timber transported by road or rail

Info

Publication number: RU203674U1
Application number: RU2020139485U
Authority: RU
Inventors: Зиновий Петрович Мартынюк
Original assignee: Зиновий Петрович Мартынюк
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2021-04-15

Abstract

Полезная модель относится к области тестирования автоматизированных систем измерения (АСИ) (определения) объема штабелей круглого леса, погруженных на подвижной транспорт (автомобили, железнодорожные платформы), или штабеля леса на неподвижных площадках, которые основаны на использовании средств пассивной видеофиксации и/или линии лазерных излучателей по образующим сторонам штабелей леса и торцевых сторон.Техническим результатом полезной модели является расширение арсенала мобильных устройств для проведения работ по настройке, калибровке, проверке и поверке автоматизированных систем измерения круглого леса, перевозимого автомобильным или железнодорожным транспортом, и возможность применения устройства как для АСИ со стационарной фиксацией объекта, так и для АСИ, обеспечивающей измерение объема лесоматериалов при движущемся транспортном средстве. Устройство обладает универсализацией, мобильностью и упрощает процесс работ по калибровке/поверке АСИ как автомобильных, так и железнодорожных средств перемещения древесного сырья.Технический результат достигается тем, что устройство для проведения работ по калибровке/поверке автоматизированных систем измерения круглого леса, перевозимого автомобильным или железнодорожным транспортом, содержащее тест-объект, согласно полезной модели, тест-объект выполнен в виде каркасной конструкции со стойками, на которой размещены и зафиксированы вдоль стоек макеты бревен круглого леса одинаковых размеров по длине и диаметрам, которые образуют в сборе макет, имитирующий реальную форму штабеля из бревен круглого леса с заданным пространственным распределением по объему в осях Х,Y,Z, при этом тест-объект жестко закреплен на металлической раме или платформе, которая снабжена двумя колесными парами, соединенными с рамой или платформой, и имеет сцепное устройство для буксировки тест-объекта. Макет каждого отдельно взятого бревна текстурирован специальной краской, имитирующей корьевое покрытие. Устройство имеет два талрепа, установленные на взаимно-перпендикулярных конструктивах каркаса для регулировки параллельности и перпендикулярности осей.The utility model relates to the field of testing automated measurement systems (ASI) (determination) of the volume of round timber piles loaded on mobile vehicles (cars, railway platforms), or timber piles on fixed sites, which are based on the use of passive video recording and / or laser lines. The technical result of the utility model is to expand the arsenal of mobile devices for setting up, calibrating, checking and verifying automated systems for measuring round timber transported by road or rail, and the possibility of using the device as for ASI with stationary fixation of the object, and for ASI, which provides measurement of the volume of timber with a moving vehicle. The device has universalization, mobility and simplifies the process of calibration / verification of ASI of both road and rail vehicles for moving wood raw materials. The technical result is achieved by the fact that a device for the calibration / verification of automated measurement systems for round timber transported by road or rail containing the test object, according to the utility model, the test object is made in the form of a frame structure with racks, on which layouts of round wood logs of the same length and diameter are placed and fixed along the racks, which form an assembled model imitating the real shape of a stack of round wood logs with a given spatial distribution by volume in the X, Y, Z axes, while the test object is rigidly fixed on a metal frame or platform, which is equipped with two wheel pairs connected to the frame or platform, and has a coupling device for towing the test object. The layout of each individual log is textured with a special paint that imitates bark coating. The device has two lanyards installed on mutually perpendicular frame structures to adjust the parallelism and perpendicularity of the axes.

Description

Полезная модель относится к области тестирования автоматизированных систем измерения (АСИ) (определения) объема штабелей круглого леса, погруженных на подвижной транспорт (автомобили, железнодорожные платформы), или штабеля леса на неподвижных площадках, которые основаны на использовании средств пассивной видеофиксации и/или линии лазерных излучателей по образующим сторонам штабелей леса и торцевых сторон. The utility model relates to the field of testing automated measurement systems (ASI) (determination) of the volume of round timber piles loaded on mobile vehicles (cars, railway platforms), or timber piles on fixed sites, which are based on the use of passive video recording and / or laser lines. emitters on the generatrix sides of the scaffold piles and end sides.

Известна система для определения объема круглых лесоматериалов (патент ПМ 14399, МПК G01N 33/46, опубликован 20.07.2000), включающая средства для размещения леса в виде железнодорожной или автомобильной платформы, трюма судна, лесо-накопителя или любой другой стационарной сцены, средство для регистрации анализируемого объекта в виде одной или более идентичных фото- или видеокамер, ориентированных для съемки торцевых сторон бревен, при необходимости снабженное осветителями, средство управления и контроля, выполненное в виде рабочего места оператора, оснащенного компьютером с дисплеем, сопряженным с камерами и с установленным на нем программным обеспечением, позволяющим рассчитать объем штабелей круглого леса, оценить качество и породный состав древесины, сформировать массивы информации для последующего учета и контроля (Системы измерения Фотоскан, АСИ 3D поверхностных моделей).There is a known system for determining the volume of round timber (patent PM 14399, IPC G01N 33/46, published on July 20, 2000), which includes means for placing timber in the form of a railway or automobile platform, a ship's hold, a log storage or any other stationary scene, a means for registration of the analyzed object in the form of one or more identical photo or video cameras oriented for shooting the end sides of the logs, if necessary equipped with illuminators, a control and monitoring device made in the form of an operator's workplace equipped with a computer with a display coupled with cameras and installed on it with software that allows calculating the volume of roundwood stacks, assessing the quality and species composition of wood, generating information arrays for subsequent accounting and control (Photoscan measurement systems, ASI 3D surface models).

Недостаток состоит в том, что при получении изображения торцов штабелей бревен и при приведении их к одной плоскости маркеров не учитывается то, что объект объемный (в трехмерном пространстве) и идентифицируется в координатах X,Y,Z. При расчете объема штабеля бревен не учитывались искажения от конструктивных особенностей оптической системы камер, при которых предметы одного размера расположенные ближе отображаются больших размеров и наоборот, если они расположены дальше от точки съемки, то они на кадре отображаются меньших размеров.The disadvantage is that when obtaining an image of the ends of stacks of logs and when bringing them to the same plane of markers, it is not taken into account that the object is volumetric (in three-dimensional space) and is identified in X, Y, Z coordinates. When calculating the volume of a stack of logs, distortions from the design features of the optical system of the cameras were not taken into account, in which objects of the same size located closer are displayed in large sizes and vice versa, if they are located farther from the shooting point, then they are displayed in smaller sizes on the frame.

Известен автоматизированный фотограмметрический метод измерения объема штабелей лесного сырья, погруженного на платформу авто-лесовоза (Фотоскан-авто). Для расчета геометрических параметров штабеля бревен используются контурные линии, имитирующие модель (условные сечения) по внешним сторонам штабеля бревен на автомобиле движущегося со скоростью 4,5-5,5 км/час через плоскость условного сечения, полученную 2D сканирующими датчиками, размещенными на специальной арочной конструкции по трем плоскостям штабеля. Объем древесины в штабеле рассчитывается как произведение значений В*Н*L*Ку, где: B - размер ширины штабеля; H - размер высоты штабеля; L - размер длины штабеля; Ку - коэффициент укладки бревен в штабеле, позволяющий получить объем древесины в плотных м³, при этом L - длина штабеля вычисляется из скорости движения лесовоза.Known is an automated photogrammetric method for measuring the volume of piles of forest raw materials loaded onto the platform of an auto-timber carrier (Photoscan-auto). To calculate the geometric parameters of a stack of logs, contour lines are used that simulate the model (conditional sections) on the outer sides of a stack of logs on a car moving at a speed of 4.5-5.5 km / h through the plane of the conditional section obtained by 2D scanning sensors placed on a special arched structures on three stacking planes. The volume of wood in a stack is calculated as the product of the values B * H * L * Ku, where: B is the size of the width of the stack; H is the size of the stack height; L is the size of the stack length; Ku - coefficient stacking logs in a stack, which allows to receive the volume timber ³ m thick, with L - length of the stack is calculated from the velocity of the timber.

При расчете объема штабеля бревен не учитываются искажения от конструктивных особенностей оптической системы камер. В случаях, когда торцы или боковые стороны штабелей бревен совпадают с осевой линией видеокамеры или средством фотофиксации, можно получить достоверные числовые данные. На практике соблюсти это условие практически не возможно. When calculating the volume of a stack of logs, distortions from the design features of the optical system of the cameras are not taken into account. In cases where the ends or sides of the stacks of logs coincide with the centerline of a video camera or means of photographic fixation, reliable numerical data can be obtained. In practice, it is practically impossible to comply with this condition.

Результаты измерений указанными методами не будут соответствовать объективным результатам, если не учитывать пространственное распределение объекта измерения.The results of measurements by these methods will not correspond to the objective results if the spatial distribution of the measurement object is not taken into account.

Известен способ калибровки системы панорамирования-наклона-Зума (PTZ) камеры (https://patents.google.com/patent/US8405720B2/en?oq=US8405720), содержащей PTZ-камеру, включающий выполнение следующих этапов: определение радиального искажения PTZ-камеры; определение базового фокусного расстояния PTZ-камеры; определение профиля масштабирования и увеличения PTZ-камеры; определение задержки срабатывания системы PTZ-камер; определение скорости режима панорамирования и скорости режима наклона PTZ-камеры; определение профиля скорости панорамирования и профиля скорости наклона PTZ-камеры; определение профиля положения зума и профиля длительности Зума PTZ-камеры; определение задержки запроса системы PTZ-камер; и определение минимального интервала запроса системы PTZ-камер.There is a known method of calibrating a pan-tilt-zoom (PTZ) camera (https://patents.google.com/patent/US8405720B2/en?oq=US8405720) containing a PTZ camera, including the following steps: determining the radial distortion of PTZ- cameras; determination of the basic focal length of a PTZ camera; defining the zoom and zoom profile of the PTZ camera; determination of the response delay of the PTZ camera system; determining the speed of the panning mode and the speed of the tilting mode of the PTZ camera; defining the pan speed profile and tilt speed profile of the PTZ camera; defining the zoom position profile and zoom duration profile of the PTZ camera; determination of the delay of the request of the system of PTZ cameras; and determining the minimum request interval of the PTZ camera system.

Применение данного изобретения не относится к области АСИ лесного сырья.The application of this invention does not apply to the field of ASI of forest raw materials.

Наиболее близким аналогом является комплекс средств для внутренней и внешней калибровки системы измерения, входящий в фотограмметрическое средство измерений объемов круглых лесоматериалов на автомобилях (патент RU 96254, МПК G01N 33/46, опубл. 20.07.2010), которое содержит установленную над участком дороги стационарную каркасную конструкцию с закрепленными на ней опознаками (термин из Гост Р 51833-2001), пространственные координаты которых известны, калибровочный распределенный объект, в комплексе представляющие тест-объект. The closest analogue is a set of tools for internal and external calibration of the measurement system, which is included in the photogrammetric instrument for measuring the volume of round timber on cars (patent RU 96254, IPC G01N 33/46, publ. 20.07.2010), which contains a stationary frame installed above the road section a construction with signs fixed on it (a term from GOST R 51833-2001), the spatial coordinates of which are known, a calibration distributed object, which together represent a test object.

Система для тестирования и калибровки является частью стационарной АСИ, не отделима от нее и не может быть использована для колибровки/поверки систем Фотоскан-авто. Недостатком является сложность применения и отсутствие мобильности. The system for testing and calibration is part of the stationary automated information system, is not separable from it and cannot be used for calibration / verification of the Photoscan-auto systems. The disadvantage is the complexity of the application and lack of mobility.

Задачей полезной модели является создание устройства для тестирования, проведения работ по калибровке и поверке автоматизированных систем измерения штабелей круглого леса, находящихся на платформе подвижного транспортного средства. The task of the utility model is to create a device for testing, calibration and verification of automated systems for measuring round timber stacks located on the platform of a mobile vehicle.

Техническим результатом полезной модели является расширение арсенала мобильных устройств для проведения работ по настройке, калибровке, проверке и поверке автоматизированных систем измерения круглого леса, перевозимого автомобильным или железнодорожным транспортом и возможность применения устройства как для АСИ со стационарной фиксацией объекта, так и для АСИ, обеспечивающей измерение объема лесоматериалов при движущемся транспортном средстве. Устройство обладает универсализацией, мобильностью и упрощает процесс работ по калибровке/поверке АСИ как автомобильных так и железнодорожных средств перемещения древесного сырья.The technical result of the utility model is to expand the arsenal of mobile devices for setting up, calibrating, checking and verifying automated systems for measuring round timber transported by road or rail and the possibility of using the device both for automated information systems with a stationary object fixation and for automated information systems that provide measurement volume of timber with a moving vehicle. The device has universalization, mobility and simplifies the process of calibration / verification of ASI of both road and rail vehicles for moving wood raw materials.

Технический результат достигается тем, что устройство для проведения работ по калибровке/поверке автоматизированных систем измерения круглого леса, перевозимого автомобильным или железнодорожным транспортом, содержащее тест-объект, согласно полезной модели, тест-объект выполнен в виде каркасной конструкции [1] со стойками [4] на которой размещены и зафиксированы вдоль стоек макеты бревен круглого леса [6] одинаковых размеров по длине и диаметрам, которые образуют в сборе макет, имитирующий реальную форму штабеля из бревен круглого леса с заданным пространственным распределением по объему в осях Х,Y,Z (6), при этом тест-объект жестко закреплен на металлической раме или платформе [2], которая снабжена двумя колесными парами [3], соединенными с рамой (платформой) и имеет сцепное устройство [5] для буксировки тест-объекта. Макет каждого отдельно взятого бревна текстурирован специальной краской, имитирующей корьевое покрытие. Устройство имеет два талрепа, установленные на взаимно-перпендикулярных конструктивах каркаса для регулировки параллельности и перпендикулярности осей. The technical result is achieved by the fact that the device for carrying out work on the calibration / verification of automated systems for measuring round timber transported by road or rail, containing a test object, according to the utility model, the test object is made in the form of a frame structure [1] with racks [4 ] on which mock-ups of round timber logs [6] of the same size in length and diameter are placed and fixed along the racks, which form an assembled mock-up that imitates the real shape of a stack of round timber logs with a given spatial distribution over the volume in the X, Y, Z axes ( 6), while the test object is rigidly fixed on a metal frame or platform [2], which is equipped with two wheel sets [3] connected to the frame (platform) and has a coupling device [5] for towing the test object. The layout of each individual log is textured with a special paint imitating bark coating. The device has two lanyards installed on mutually perpendicular frame structures to adjust the parallelism and perpendicularity of the axes.

Полезная модель поясняется чертежами. На фиг.1 представлена конструктивная схема устройства. На фиг. 2 приведена алгоритмическая схема проведения работ с тест-объектом.The utility model is illustrated by drawings. Figure 1 shows a structural diagram of the device. FIG. 2 shows an algorithmic scheme for working with a test object.

Предлагаемое устройство содержит (фиг.1):The proposed device contains (figure 1):

механическую каркасную конструкцию [1], жестко закрепленную на металлической раме или платформе [2];mechanical frame structure [1] rigidly fixed to a metal frame or platform [2];

две колесные пары [3], соединенные с металлической рамой или платформой;two wheelsets [3] connected to a metal frame or platform;

стойки каркаса [4] для размещения и крепления макетов бревен;frame racks [4] for placing and fixing models of logs;

универсальное сцепное устройство [5] для буксировки тест-объекта через измерительную зону системы;universal coupling device [5] for towing the test object through the measuring zone of the system;

макеты бревен круглого леса [6], закрепленные в каркасе из стоек [4].models of round timber logs [6], fixed in a frame of racks [4].

Устройство снабжено двумя талрепами, размещенными на взаимно-перпендикулярных конструктивах каркаса макета штабеля для регулировки параллельности и перпендикулярности осей (на чертеже не показано). The device is equipped with two lanyards placed on mutually perpendicular structural elements of the frame of the stack layout for adjusting the parallelism and perpendicularity of the axes (not shown in the drawing).

В сборе тест-объект имеет каркасную конструкцию [1] со стойками [4] на которой размещены и зафиксированы вдоль стоек макеты бревен круглого леса [6] одинаковых размеров по длине и диаметрам, и которые образуют в сборе макет, имитирующий реальную форму штабеля из бревен круглого леса(6) с заданным пространственным распределением по объему в осях Х,Y,Z. Макет каждого отдельно взятого бревна текстурирован специальной краской, имитирующей корьевое покрытие. The assembled test object has a frame structure [1] with racks [4] on which layouts of round wood logs [6] of the same length and diameter are placed and fixed along the racks, and which form an assembled model imitating the real shape of a stack of logs round wood (6) with a given spatial distribution by volume in the X, Y, Z axes. The layout of each individual log is textured with a special paint imitating bark coating.

Для того чтобы учесть в математической модели зависимость от расстояния и углов фотовидеофиксации относительно осевой линии в пространственных координатах Х,Y,Z необходимо настраивать, калибровать систему измерения именно в трехмерном пространственном объеме, используя объекты с заведомо известными (действительными) размерами и легко воспроизводимыми при помощи поверенных средств измерения. Разработанный автором тест-объект предназначен для проведения процедур настройки, калибровки, проверки и поверки автоматизированных систем измерения параметров бревен круглого леса, уложенного в штабеля на подвижном транспорте. Тест-объект в виде макета штабеля имеет известные размеры и известные рассчитанные параметры, полученные с помощью поверенных средств измерения. In order to take into account in the mathematical model the dependence on the distance and angles of photo and video recording relative to the center line in spatial coordinates X, Y, Z, it is necessary to adjust, calibrate the measurement system precisely in a three-dimensional spatial volume, using objects with known (real) dimensions and easily reproducible using verified measuring instruments. The test object developed by the author is intended for carrying out the procedures for setting, calibrating, checking and verifying the automated systems for measuring the parameters of logs of round timber stacked in piles on mobile transport. The test object in the form of a stack layout has known dimensions and known calculated parameters obtained using verified measuring instruments.

Работа устройства с тест-объектом по настройке, калибровке и проверке автоматизированных систем измерения осуществляется следующим образом.The operation of the device with a test object for setting up, calibrating and checking automated measurement systems is carried out as follows.

В исходном состоянии тест-объект укрыт специальным тентом и размещается в помещении, (гараже) предотвращающем воздействие атмосферных осадков и воздействия механических повреждений.In the initial state, the test object is covered with a special awning and placed in a room (garage) that prevents the effects of precipitation and mechanical damage.

Работы по настройке, калибровке и проверке АСИ подразделяются на 2 этапа (фиг. 2):The work on setting up, calibrating and checking the ASI is divided into 2 stages (Fig. 2):

подготовительный этап для определения параметров соответствия применения;preparatory stage for determining the parameters of the conformity of the application;

этап контрольных проверок АСИ с использованием тест-объекта.stage of control checks of ASI using a test object.

Подготовительный этап включает в себя транспортировку тест-объекта из места хранения транспортным средством за универсальное прицепное устройство [5] на площадку системы измерения для предстоящей проверки и остановку для проведения процедур применимости тест-объекта. Производится снятие действительных показателей размеров макетов бревен [6] в соответствии с разделом 7 Методики 81042807-28.99.39.190-041.МК.02-M. По окончании работ по замерам действительных значений размеров бревен [6] и фиксации в таблице действительных значений (X,Y,Z), приступают к этапу контрольных проверок и настраивания АСИ.The preparatory stage includes transportation of the test object from the storage location by means of a vehicle for the universal hook-on device [5] to the measuring system site for the upcoming verification and stopping for carrying out the test object applicability procedures. The actual indicators of the dimensions of the layouts of the logs [6] are taken in accordance with section 7 of the Methodology 81042807-28.99.39.190-041.MK.02-M. Upon completion of work on measuring the actual values of the dimensions of the logs [6] and fixing the actual values (X, Y, Z) in the table, proceed to the stage of control checks and adjusting the ASI.

Для АСИ Фотоскан-Авто и Фотоскан контрольные проверки тест - объектом осуществляют, по меньшей мере, 10 раз. Для АСИ Фотоскан-Авто осуществляют перемещение тест-объекта со скоростью 4,5-5,5 км/час транспортным средством за прицепное устройство [5] через измерительную зону системы, согласно 81042807-28.99.39.190-041.РЭ.02-M. Параметры каждого измерения (Xn,Yn,Zn, где n=1,2…10) полученные с помощью программного обеспечения АСИ фиксируют в таблице. По окончании, минимум 10 циклов измерения, рассчитанные с помощью программного обеспечения по изображениям фото/видео съемки, сравнивают с действительными размерами, устанавливают отклонения. При необходимости осуществляют внутреннюю и внешнюю калибровку, корректировку программного обеспечения и осуществляют циклическое тестирование повторно. При отсутствии отклонений рассчитываемых параметров (Xn,Yn,Zn), выходящих за пределы установленного доверительного интервала, от действительных значений (X,Y,Z) свидетельствуют о поверке АСИ автоматизированной системы измерения штабеля круглого леса. For ASI Photoscan-Auto and Photoscan, control checks with the test object are carried out at least 10 times. For ASI Photoscan-Auto, the test object is moved at a speed of 4.5-5.5 km / h by the vehicle behind the hitch [5] through the measuring zone of the system, according to 81042807-28.99.39.190-041.RE.02-M. The parameters of each measurement (Xn, Yn, Zn, where n = 1.2 ... 10) obtained using the ASI software are recorded in the table. At the end, at least 10 measurement cycles, calculated using the software from the images of the photo / video shooting, are compared with the actual dimensions, the deviations are established. If necessary, carry out internal and external calibration, software correction and repeat cyclic testing. In the absence of deviations of the calculated parameters (Xn, Yn, Zn), which go beyond the established confidence interval, from the actual values (X, Y, Z), they indicate the verification of the ASI of the automated system for measuring round timber stacks.

Применение разработанной конструкции тест-объекта, выполненного как пространственный объект в осях X,Y,Z и заведомо доступно воспроизводимыми действительными значениями параметров макетов круглых бревен и макета штабеля в целом, позволяет осуществлять настройку и проверку системы, внутреннюю калибровку, в том числе, программного обеспечения системы измерения, внешнюю калибровку путем устранения специфических оптических отклонений фото- и видеофиксации и обеспечить поверку АСИ - освидетельствование достоверных значений размеров реальных бревен круглого леса и штабелей в целом, погруженных и перевозимых автомобильным или железнодорожным транспортом.The use of the developed design of the test object, made as a spatial object in the X, Y, Z axes and knowingly available with reproducible real values of the parameters of the layouts of round logs and the layout of the stack as a whole, allows you to configure and check the system, internal calibration, including software measurement systems, external calibration by eliminating specific optical deviations of photographic and video recording and ensure the verification of ASI - inspection of reliable dimensions of real roundwood logs and stacks in general, loaded and transported by road or rail.

Полученные результаты подтверждаются комиссионными актами проводимых проверок Систем измерения на лесопромышленных предприятиях.The results obtained are confirmed by the commission certificates of the conducted inspections of the Measurement Systems at the timber industry enterprises.

Claims

1. A device for carrying out work on the calibration / verification of automated systems for measuring round timber transported by road or rail, containing a test object, characterized in that the test object is made in the form of a frame structure with racks, on which models are placed and fixed along the racks roundwood logs of the same size in length and diameter, which form an assembled model that imitates the real shape of a stack of roundwood logs with a given spatial distribution by volume in the X, Y, Z axes, while the test object is rigidly fixed on a metal frame or platform , which is equipped with two wheelsets connected to the frame or platform, and has a coupling device for towing the test object.

2. The device according to claim 1, characterized in that the layout of each individual log is textured with a special paint imitating a bark coating.

3. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with two lanyards mounted on mutually perpendicular frame structures for adjusting the parallelism and perpendicularity of the axes.