由于存在不規(guī)則形貌起伏、表面紋理單一以及光照強(qiáng)度變化干擾等情況，以及由于物料填挖過(guò)程中，所堆放的散裝物料隨時(shí)可能發(fā)生局部滑動(dòng)等變化，礦山港口倉(cāng)庫(kù)露天大型物料堆場(chǎng)（如煤場(chǎng)）體積、重量（存煤量）的準(zhǔn)確測(cè)量是多年來(lái)一直未得到妥善解決的重大技術(shù)難題。在大型露天堆場(chǎng)的散裝物資日常管理與裝卸工作中，如果能快速準(zhǔn)確實(shí)時(shí)測(cè)定任意選定局部范圍堆場(chǎng)的尺寸、體積、面積等三維形貌參數(shù)，精確掌握挖走或者填入物資的體積重量面積等的變化，則可形成物料盤存與裝卸輪機(jī)智能作業(yè)等的關(guān)鍵性技術(shù)。
成果簡(jiǎn)介：
礦山港口倉(cāng)庫(kù)中，煤炭、礦石粉、糧食等物資的準(zhǔn)確快速測(cè)定是實(shí)現(xiàn)散裝物料輸送設(shè)備智能化作業(yè)、物流現(xiàn)代化管理調(diào)度的重要環(huán)節(jié)，我省在該行業(yè)具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。大宗散裝物料所形成堆場(chǎng)具有形貌復(fù)雜、成像紋理單一等特點(diǎn)，常規(guī)攝像測(cè)量、或激光掃描等方式進(jìn)行三維形貌測(cè)量均存在效率低、成本高等問(wèn)題，堆場(chǎng)物料不同狀況下的激光反射率變化明顯，雨、雪等天氣條件下難以正常工作。
傳統(tǒng)的堆場(chǎng)盤點(diǎn)測(cè)量方法是堆挖整形與人工測(cè)量計(jì)算，需要對(duì)堆場(chǎng)進(jìn)行嚴(yán)格的幾何形態(tài)維護(hù)（如三角形或梯形截面的長(zhǎng)條形），不但工作量大、時(shí)間周期長(zhǎng)而且精度低。近年來(lái)，隨著全站儀、攝影測(cè)量與激光掃描技術(shù)的發(fā)展，在堆場(chǎng)測(cè)定中也得到引入，形成了一系列新的測(cè)量盤點(diǎn)技術(shù)產(chǎn)品，然后通過(guò)煤場(chǎng)的設(shè)站后，以全站儀瞄準(zhǔn)測(cè)量、多視角成像與激光掃描測(cè)距等數(shù)據(jù)在測(cè)量基礎(chǔ)上做三維重建；或者通過(guò)雷達(dá)測(cè)距技術(shù)，由于雷達(dá)傳感器有更好的抗日照干擾，因而露天工作適應(yīng)性得到一定程度的提高。概況起來(lái)，現(xiàn)階段發(fā)展形成的堆場(chǎng)快速盤點(diǎn)技術(shù)有：(1)移動(dòng)式圖像測(cè)量系統(tǒng)，安裝在有龍門吊車上，通過(guò)吊車移動(dòng)完成對(duì)整個(gè)煤場(chǎng)的掃描；(2)固定式圖像測(cè)量系統(tǒng)，安裝在固定的高塔構(gòu)架上，完成對(duì)整個(gè)煤場(chǎng)的掃描；(3)基于激光測(cè)距便攜式盤煤儀。它們?yōu)槎褕?chǎng)測(cè)量盤點(diǎn)工作帶來(lái)一定程度的改進(jìn)，如提高自動(dòng)化水平、降低人工作業(yè)強(qiáng)度等，但仍存在一些不足，如使用龍門吊或門式堆取料機(jī)或安裝高大的固定塔架需要大量投資，很不經(jīng)濟(jì)，需要布設(shè)表面反射控制網(wǎng)，增加人工作業(yè)量也降低了工作靈活性，或者對(duì)天氣要求比較高，只有在陰天或是傍晚陽(yáng)光比較弱時(shí)，才能夠進(jìn)行測(cè)量，否則強(qiáng)光對(duì)其影響較大，測(cè)量精度也比較低（2%～0.5%）。此外，由于激光掃描主動(dòng)發(fā)射后回光需沿原路返回，方可形成一次有效測(cè)量，而煤炭、礦石粉、糧食等形成的堆場(chǎng)，一般是漫反射形式，對(duì)光波的吸收比較顯著，而且不同位置對(duì)堆場(chǎng)表面的入射角差別很大，很多情況下激光有效掃描不到平時(shí)的十分之一甚至更低，對(duì)此情況只能采用增加反射控制點(diǎn)以及加大掃描密度等方式予以補(bǔ)充；雖然單點(diǎn)激光測(cè)距具有毫米級(jí)精度，但在十多米長(zhǎng)的裝卸機(jī)械設(shè)備移動(dòng)懸臂端，隨著裝卸物資的皮帶運(yùn)輸和沿軌道移動(dòng)造成的抖動(dòng)可以達(dá)到數(shù)十毫米，而且這種不規(guī)則的抖動(dòng)很難被補(bǔ)償消除，不同機(jī)位之間的數(shù)據(jù)拼接對(duì)整體三維量測(cè)精度影響相當(dāng)大。此外，能滿足數(shù)百米堆場(chǎng)掃描的激光設(shè)備屬于室外大功率的工程級(jí)設(shè)備，目前還需要依賴國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格昂貴、無(wú)法自行維護(hù)，初期和運(yùn)行成本均相當(dāng)大。另一方面，隨著結(jié)構(gòu)光技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了基于激光投影和CCD成像組合的光刀法方式，可以解算投射在形態(tài)復(fù)雜三維表面的輪廓線，但需要精確標(biāo)定光刀面與CCD相對(duì)關(guān)系，這增加了系統(tǒng)標(biāo)定難度并限定了光刀運(yùn)動(dòng)范圍和精度可靠的有效測(cè)量深度，加大了操作復(fù)雜程度，降低工作可靠性，光刀在投影表面的輪廓中心線提取也成為限制其使用和影響精度的重要因素；如果待測(cè)深度增加，則投影線由于其聚焦范圍有限而無(wú)法在整個(gè)測(cè)量區(qū)域上均勻聚焦形成寬度一致的表面輪廓線，難于有效保障影像投影中心線的連續(xù)可靠提取。
本技術(shù)結(jié)合結(jié)構(gòu)光投影掃描與雙目或多目同步成像，主要用于大型物料堆場(chǎng)的非接觸三維形貌自動(dòng)測(cè)量，技術(shù)要點(diǎn)包括堆場(chǎng)結(jié)構(gòu)光投影與序列圖像采集、投影線三維提取、多測(cè)站整體三維重建等要點(diǎn)，擬解決序列圖像投影線三維提取、點(diǎn)云三維拼接等。本技術(shù)具有良好的理論原創(chuàng)性和技術(shù)先進(jìn)性，取得了國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)、中聯(lián)重科物料輸送事業(yè)部預(yù)研合作、與多篇發(fā)表在國(guó)內(nèi)外高水平學(xué)術(shù)期刊如“光學(xué)學(xué)報(bào)”、“Applied Optics”、“Optical Engineering” 學(xué)術(shù)論文等認(rèn)可。本技術(shù)將可對(duì)大型物料堆場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的非接觸、與準(zhǔn)確快速的三維形貌測(cè)量，并且作業(yè)過(guò)程不受天氣影響，從而有效提高裝卸工程機(jī)械作業(yè)的智能化水平與現(xiàn)代物流管理的自動(dòng)化程度，經(jīng)濟(jì)效益顯著、應(yīng)用前景廣闊。
 
 

(a) 移動(dòng)平臺(tái)集成的測(cè)量方式 (b) 固定立柱的測(cè)量方式
圖1 堆場(chǎng)攝像測(cè)量技術(shù)的原理與概念模型
市場(chǎng)預(yù)測(cè)：
根據(jù)網(wǎng)上查詢，一般的便攜式激光盤煤系統(tǒng)報(bào)價(jià)為20萬(wàn)RMB左右，該類型產(chǎn)品還需要在控制測(cè)量輔助下進(jìn)行作業(yè)；在需要面對(duì)半遮擋狀況、或兼顧室內(nèi)外環(huán)境的多測(cè)站或連續(xù)測(cè)站作業(yè)，以及整體堆場(chǎng)形貌等復(fù)雜工作等方面，此類便攜式存在難以克服的技術(shù)困難。對(duì)于需架設(shè)移動(dòng)平臺(tái)、或固定立柱的堆場(chǎng)形貌測(cè)量系統(tǒng)，具有投入大、測(cè)站布局難度大等問(wèn)題，對(duì)此中聯(lián)有關(guān)部門曾投入500萬(wàn)、采購(gòu)大型室外激光三維掃描測(cè)量系統(tǒng)后系統(tǒng)集成研究，但尚未取得滿意的測(cè)量效果，特別是在室外環(huán)境下對(duì)表層具有粉塵漂浮覆蓋的堆場(chǎng)難以開(kāi)展有效測(cè)量，而且對(duì)于整體三維精度的保障等方面，也沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的指標(biāo)。
如果本技術(shù)產(chǎn)品能得到開(kāi)發(fā)，將有望有效克服現(xiàn)有盤煤技術(shù)產(chǎn)品中存在的問(wèn)題，在基本自動(dòng)化實(shí)時(shí)作業(yè)的同時(shí)，達(dá)到對(duì)大型物料堆場(chǎng)的厘米級(jí)整體三維測(cè)量精度。本技術(shù)產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于礦山港口電廠等的室內(nèi)外物料堆場(chǎng)形貌實(shí)時(shí)測(cè)量，能在消除堆場(chǎng)物料盤存誤差、或克服管理漏洞等方面產(chǎn)生顯著經(jīng)濟(jì)效益。
合作方式：
本技術(shù)還需要在工程化產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成、室外測(cè)試與改進(jìn)等多方面開(kāi)展深入工作，建議采用項(xiàng)目合作的方式進(jìn)行研發(fā)，預(yù)計(jì)研發(fā)時(shí)間為1年左右。
知識(shí)產(chǎn)權(quán)及獲獎(jiǎng)情況：
本技術(shù)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，獲得國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)一項(xiàng)、并可進(jìn)一步申報(bào)新的方面專利，科研支撐方面已得到國(guó)家博士后基金課題、湖南省自然科學(xué)基金等資助兩項(xiàng)。