概述

LRS4000是一款遠(yuǎn)距離檢測(cè)的2D LiDAR傳感器，具有分辨率高、可靠性強(qiáng)、耐用性好，靈活性大等優(yōu)點(diǎn)。雷達(dá)通過(guò)隨行車移動(dòng)進(jìn)行同步掃描，實(shí)現(xiàn)對(duì)料場(chǎng)環(huán)境的實(shí)時(shí)三維動(dòng)態(tài)建模及其可視化，以覆蓋百米車間、抗粉塵能力、遠(yuǎn)距離物料掃描檢測(cè)三大能力，成為智慧鋼廠、港口料場(chǎng)的核心感知器官。

建模原理

LRS4000激光雷達(dá)應(yīng)用HDDM+技術(shù)獲取有關(guān)距離和回波信號(hào)的信息，實(shí)現(xiàn)具有多重回波功能的傳感器。系統(tǒng)通過(guò)剛性支架將激光雷達(dá)模塊集成于行車行走機(jī)構(gòu)底部，隨行車大車協(xié)同運(yùn)動(dòng)。在掃描過(guò)程中，系統(tǒng)實(shí)時(shí)融合以下三類空間數(shù)據(jù)：

1.  激光雷達(dá)自身采集的極坐標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)（距離值+方位角）；

2.  行車實(shí)時(shí)提供的編碼器信息（行車坐標(biāo)）；

3.  激光雷達(dá)安裝位置參數(shù)（旋轉(zhuǎn)平移參數(shù)）。

通過(guò)多源數(shù)據(jù)時(shí)空同步算法，系統(tǒng)以固定頻率刷新料場(chǎng)三維實(shí)時(shí)模型，上位機(jī)采用VTK可視化庫(kù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)點(diǎn)云渲染顯示。

實(shí)時(shí)三維建模及可視化

應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

智能行車系統(tǒng)搭載LRS4000進(jìn)行作業(yè)場(chǎng)景三維掃描建模，具備掃描節(jié)拍塊，檢測(cè)距離遠(yuǎn)、抗灰塵雨霧能力強(qiáng)，檢測(cè)精度高等優(yōu)勢(shì)。

惡劣環(huán)境下的高可靠檢測(cè)

LRS4000激光雷達(dá)采用HDDM+測(cè)量法以及多重回波技術(shù)，在惡劣環(huán)境條件下高可用性和可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)，自帶的回波濾波器可消隱由于邊緣識(shí)別、雨、灰塵、雪和其它環(huán)境條件引起的不必要的測(cè)量數(shù)據(jù)和信號(hào)?？稍O(shè)置輸出第一個(gè)、最后一個(gè)還是所有三個(gè)回波，相應(yīng)地過(guò)濾因環(huán)境條件觸發(fā)的錯(cuò)誤信號(hào)。

有回波濾波器                     無(wú)回波濾波器

 灰塵干擾現(xiàn)場(chǎng)             LastEcho回波數(shù)據(jù)

低成本、覆蓋范圍廣智能行車搭載LRS4000激光雷達(dá)的掃描方案在成本效益和空間覆蓋能力方面具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。具體表現(xiàn)為：

覆蓋性能：在30m安裝高度工況下。單雷達(dá)解決方案可檢測(cè)截面半徑更大，例如，當(dāng)安裝高度約H為30米時(shí)，雷達(dá)的常規(guī)入射角θ約為55°~75°時(shí)，雷達(dá)的水平檢測(cè)半徑：

實(shí)際作業(yè)中需考慮料堆表面漫反射效應(yīng)，由于Lrs4000采用小光斑且能量適宜，能較好 覆蓋粗糙料堆。因此，在行車運(yùn)動(dòng)中，單雷達(dá)每次僅掃描一切面，將常規(guī)最大入射角θ發(fā)揮最大效用，時(shí)刻以最優(yōu)狀態(tài)覆蓋更大的料場(chǎng)范圍。

30m安裝高度LRS4000最大掃描輪廓示意圖

系統(tǒng)配置經(jīng)濟(jì)性：每臺(tái)行車僅需要配備1個(gè)LRS4000單雷達(dá)，即可實(shí)現(xiàn)料場(chǎng)的三維動(dòng)態(tài)建模。因此，單雷達(dá)模式可將智能行車的精度與穩(wěn)定性進(jìn)行二次有效利用，降低三維建模的成本，也提高行車性能的利用率，最終實(shí)現(xiàn)有效降低設(shè)備整體成本。

高分辨率LRS4000雷達(dá)具有高分辨率的特性，雷達(dá)的角度分辨率最高可以達(dá)到0.02°，配合高精度行車可以在遠(yuǎn)距離的工況下，清晰地檢測(cè)出精細(xì)的物料細(xì)節(jié)和結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)采用雙維度分辨率調(diào)節(jié)機(jī)制，確保在不同工況下都能獲得較優(yōu)的掃描效果。分辨率調(diào)節(jié)范圍：

1.   徑向空間分辨率（激光雷達(dá)方向）：可選擇范圍有0.02，0.04，0.06，0.08，0.1，0.12，0.24。2.   切向空間分辨率（行車運(yùn)動(dòng)方向）：由行車運(yùn)動(dòng)速度和雷達(dá)掃描頻率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)計(jì)算公式：分辨率(mm) = 行車速度(mm/s)/ 掃描頻率(Hz)，如2mm分辨率（行車運(yùn)動(dòng)速度50mm/s，雷達(dá)頻率為25Hz），8mm分辨率（行車運(yùn)動(dòng)速度100mm/s，12.5Hz掃描），16mm分辨率（200mm/s速度，12.5Hz掃描）。

精細(xì)化料場(chǎng)掃描圖

應(yīng)用案例

智能行車搭載LRS4000雷達(dá)，在各種場(chǎng)景均能提供有效可靠的場(chǎng)地三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，例如：黑色焦炭?jī)?chǔ)運(yùn)綜合廠房、鋼材輸送作業(yè)線，以及白色骨料庫(kù)區(qū)等。

智能行車鋼材庫(kù)區(qū)多雷達(dá)掃描

鋼材檢測(cè)

智能行車煤粉盤庫(kù)庫(kù)區(qū)單雷達(dá)掃描

銅礦盤庫(kù)

智能行車銅礦庫(kù)區(qū)雙雷達(dá)掃描

銅礦盤庫(kù)

SICK單雷達(dá)動(dòng)態(tài)建模與可視化系統(tǒng)應(yīng)用工藝包

本技術(shù)方案是基于SICK激光雷達(dá)（LRS4000系列）開發(fā)的工業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)三維建模解決方案，主要實(shí)現(xiàn)以下技術(shù)功能：

單雷達(dá)掃描動(dòng)態(tài)建模顯示應(yīng)用工藝包是一款基于SICK激光雷達(dá)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)建模與顯示的應(yīng)用工藝包。該工藝包通過(guò)融合實(shí)時(shí)獲取的激光雷達(dá)的輪廓數(shù)據(jù)與智能行車的編碼器位置信息進(jìn)行三維建模，最終生成行車行走過(guò)程中覆蓋場(chǎng)景的三維模型，最終使用基于VTK的三維可視化引擎進(jìn)行渲染顯示，如下圖所示。

單雷達(dá)動(dòng)態(tài)建模與可視化系統(tǒng)主界面

在單雷達(dá)動(dòng)態(tài)建模與可視化的實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)使用SICK雷達(dá)SDK實(shí)時(shí)獲取激光雷達(dá)的輪廓數(shù)據(jù)以及和智能行車的位置信息進(jìn)行多維數(shù)據(jù)融合，最終使用VTK三維可視化工具動(dòng)態(tài)顯示每幀獲取的場(chǎng)景輪廓。該應(yīng)用包能夠?qū)崿F(xiàn)料場(chǎng)輪廓的實(shí)時(shí)數(shù)字化、提供可視化界面并支持建模質(zhì)量實(shí)時(shí)診斷。