[发明专利]一种基于料堆分层三维实时模型的控制方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于料堆分层三维实时模型的控制方法和系统，本发明能够建立料堆分层三维实时模型，基于该模型反映料堆各层工作面的形态特征类型，进而基于料堆的形态特征类型实现更为匹配、更为精细的堆取料机设备控制方式。

技术领域

本发明属于煤料场智能化设备技术领域，具体涉及一种基于料堆分层三维实时模型的控制方法和系统。

背景技术

煤料场是用于堆放煤料的大型空间场所，是火电厂等单位的必要组成部分。煤料场一般需要配置斗轮堆取料机等大型设施，实现对煤料的堆料和取料。

近年来，随着数字化、智能化技术在传统行业的深入应用，本领域的一个重要研发方向在于以斗轮堆取料机为实施对象，采用定位技术、控制技术、激光扫描技术、三维图形处理及信息通信等技术手段，研发无人驱动控制系统，实现料场堆取料机装备的智能化改造，实现无人值守运行等方面的功能。

堆取料机智能化改造的一个基础环节，在于实现面向料堆的精确检测分析，具体包括检测堆、取料时作业面的料位状态，并将数据实时反馈给堆取料机的控制系统，由控制系统进行数据分析，从而指导斗轮机的下一步动作。

在现有技术中，料位状态的检测可以利用机械式或者遥感式的检测机关实现。例如，公开号为CN211971064U的专利“一种圆形堆取料机自动运行的高料位检测装置”利用感应开关实现高料位检测。公开号为CN210763220U的专利“一种堆取料机料位高度检测系统”利用保护罩内的雷达波传感器实现料位高度的检测。然而，以上现有技术功能单一，只能实现基本的料位高度检测，应用在堆取料机设备上也只能进行简单的启停式控制。

现有技术中也存在利用激光雷达采集料堆的点云数据，或者利用视频摄像的手段获得料堆图像，进而处理和整合形成料堆的模型，反映料堆的高度、体积、分布等状态。例如，公开号为CN103292715A的专利申请公开了一种岸壁移机式装船机抛料位置料堆高度检测装置，该装置包含电路连接的激光雷达阵列、雷达运动机构和工控机。公开号CN113320995A的专利申请公开了原料场堆取料机无人化控制系统，其中利用三维激光扫描仪获取原料场三维模型，进而根据原料场料堆三维模型以及堆取料策略得到堆取料机的堆取料定位数据，包括走行位置、回转角度以及俯仰角度。但是，以上现有技术的料堆模型仅在于对料堆的高度、体积、位置分布等进行直接的表征描绘，无法反映整个料堆的形态特征类型，也无法基于料堆的形态特征类型实现更为匹配、更为精细的堆取料机设备控制方式。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种基于料堆分层三维实时模型的控制方法和系统，从而能够建立料堆分层三维实时模型，基于该模型反映料堆各层工作面的形态特征类型，进而基于料堆的形态特征类型实现更为匹配、更为精细的堆取料机设备控制方式。

本发明采用了如下的技术方案：

本发明公开了一种基于料堆分层三维实时模型的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

在堆料或者取料过程中，利用激光雷达实时采集料堆各层的三维点云数据；

基于料堆各层工作面的点云空间坐标数据，执行自适应网格划分，获得料堆各层工作面的三维网格；

针对料堆各层工作面包含的三维网格，将其表征为层实体集合；

利用BiLSTM网络对料堆各层工作面的层实体集合进行特征提取，获得料堆层特征向量；

基于支撑集训练后的原型网络模型，根据料堆当前层的层特征向量，获得料堆当前层的特征类别；

根据料堆当前层工作面的特征类别，匹配堆取料机执行动作的控制策略，实现对堆取料机执行动作的控制。

优选的是，针对料堆各层工作面三维点云空间坐标数据，执行自适应网格划分的具体步骤包括：