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基于三维激光扫描技术的仓储散粮堆体积测量系统研究

周峰  
【摘要】:粮食危机已成为一个世界性问题,对于拥有世界总人口1/5的中国来说,粮食安全更是关乎社会稳定和国家发展建设的战略因素。为维护国家粮食安全,我国建立了稳定、保质、保量的中央储备粮系统。但是对仓库中储备粮数量进行核定及对粮食进出库进行实时监管成为了仓储管理的难点之一。每年我国粮食管理部门都会派出大量稽查人员进行定期清仓查库,在效率、精度、可靠性及时效性上都难以满足现代管理需要,而且容易诱发各类问题。近年来三维激光扫描技术蓬勃发展,其快速高效的特点日益突出,在测绘领域得到了广泛应用。本文的研究工作是,在国家及吉林省中小企业创新基金支持和吉林省粮食科学研究院的协助下,开发了一款基于三维激光扫描技术的仓储散粮堆体积测量系统,旨在能够快速准确的测量仓储散粮堆数量,提高仓储粮食管理的客观性、时效性和准确性,推进网络化、信息化管理。本文针对散粮堆特性利用三维激光扫描系统测得的点云数据建立粮食表面空间曲面模型,计算出粮食体积。结合粮食容重可以求得仓储粮食重量。综合考虑了建模方法误差、测量误差等因素对计算精度的影响,分析得出相关设计标准,使得设备制造有据可依。按照用户需求和粮仓的特殊工况,设计定制了顶置安装的三维激光扫描仪,形成一仓一机的网络化模式,配套了远程驱动控制软件,通过网络实施控制中心的远程集中管理。设计编写了点云数据处理计算软件。采用中值滤波法去除数据噪声、用MLS方法简化数据,通过最小二乘法的曲面拟合修补数据空洞,从而获得一组相对理想的点云数据。再通过二维三角剖分,划分网格配以相应点的高程信息,利用分片整体光滑曲面拟合方法构建粮食表面空间曲面函数,依据数值积分原理近似求得粮堆体积。可根据粮库提供粮食容重参数得到粮食重量。软件利用OpenGL实现了散粮堆三维模型显示,使监管人员更直观地了解仓储粮状况。此外,系统还搭建了一套仓内红外/视频监控系统,利用红外/视频摄像探头在粮仓内无光照或者有光照条件,均可自动获取仓内图像信息作为辅助监管手段。最后,通过中储粮下属粮库进行了现地实验,并获得了良好的实证效果。


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