基于三维模型构建的物料盘点方法与流程

本技术涉及物料存储及管理领域，具体而言，涉及一种基于三维模型构建的物料盘点方法。

背景技术：

1、目前传统的料仓盘点方法还是依靠传统的人工估堆的方式，盘点部门的工作量巨大，而且精度无法得到保证，无法满足企业精细化生产的要求。随着工业自动化程度的提高，料仓自动盘料将逐步取代传统的人工操作。利用自动盘料系统，建立料场整体实时3d模型，真实动态反应料场工作情况及料场存料情况(货物品种、货物量)，实现堆取料时的堆场实时信息展示，帮助企业管理逐渐以数字化的方式由传统粗放型向现代集约型转变，不仅可以提升企业管理水平，而且将逐步成为管理部门决策分析、生产调度指挥的主要平台之一。

2、现在也有一些相关文献，提出了一些利用三维建模的方案实现物料盘点的思路，但在煤料存储和盘点领域，目前采用其他领域三维建模方案直接迁移到本领域时，存在较高误差(因为物料盘点时，由于其堆放面积通常十分可观，无法扫描堆放底面的点云数据，通常采用从顶部向下扫描获取点云的方案)，这类传统方案应用到本场景时，通常只是采用去噪的形式提高数据精度，未考虑误差修正，导致物料余量预估精度不高。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提供一种基于三维模型构建的物料盘点方法，以通过修正的方式减小建模误差，提高物料盘点的精度。

2、为了实现上述目的，本技术的实施例通过如下方式实现：

3、第一方面，本技术实施例提供一种基于三维模型构建的物料盘点方法，包括：获取物料仓库的点云数据；基于点云数据，构建出物料仓库内部空间的重建模型，其中，重建模型中包含物料仓库内堆积的物料；基于重建模型和物料仓库内部空间的参照模型，确定出物料堆积模型，其中，参照模型为物料仓库内部空间不存在物料时的模型；基于物料堆积模型，盘点物料余量。

4、结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，基于点云数据，构建出物料仓库内部空间的重建模型，包括：对点云数据进行噪点过滤；基于噪点过滤后的点云数据进行三维重建，确定出重建模型。

5、结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，物料仓库内部空间存在仓库底面、四周墙面和天花板顶面，仓库底面存在过道区域，过道区域不堆放物料，物料堆放的范围不超过四周墙面构建的边界，以及，物料堆放深度低于天花板顶面，基于重建模型和物料仓库内部空间的参照模型，确定出物料堆积模型，包括：从重建模型中确定出仓库底面、四周墙面和天花板顶面；基于仓库底面、四周墙面和天花板顶面，将重建模型与物料仓库内部空间的参照模型进行对齐；基于对齐的重建模型与参照模型，确定出物料堆积模型。

6、结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，点云数据通过设置在物料仓库内部空间顶部的若干三维激光扫描仪扫描得到，从重建模型中确定出仓库底面、四周墙面和天花板顶面，包括：从重建模型中确定出过道区域，并基于过道区域确定出仓库底面；从重建模型中确定出四周墙面；基于三维激光扫描仪的所在位置，确定出参照平面，作为天花板顶面。

7、结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，从重建模型中确定出过道区域，并基于过道区域确定出仓库底面，包括：从重建模型中确定出深度处于设定范围的待定区域；若待定区域的面积不低于设定面积，确定待定区域为过道区域；计算过道区域的平均深度，并确定此平均深度所在平面为仓库底面。

8、结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，基于三维激光扫描仪的所在位置，确定出参照平面，包括：获取每个三维激光扫描仪的所在位置中心及对应的参照距离，其中，参照距离表示三维激光扫描仪的所在位置中心到物料仓库内部空间的参照模型中设定顶面的距离；以每个三维激光扫描仪的所在位置中心结合对应的参照距离后，得到每个三维激光扫描仪对应的空间映射点；若空间映射点满足判定条件：存在半数及以上的空间映射点位于重建模型中同一深度平面内，则确定此深度平面为参照平面；否则，计算所有三维激光扫描仪对应的空间映射点的深度均值，并确定重建模型中此深度均值所在水平面为参照平面。

9、结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，基于仓库底面、四周墙面和天花板顶面，将重建模型与物料仓库内部空间的参照模型进行对齐，包括：计算出重建模型中的天花板顶面与参照模型中的设定顶面之间的距离dmtop,rtop，以及，计算出重建模型中的仓库底面与参照模型中的设定底面之间的距离dmbase,rbase，其中，dmtop,rtop和dmbase,rbase均有正负；基于距离dmtop,rtop，将重建模型中的天花板顶面与参照模型中的设定顶面对齐，并基于距离dmtop,rtop和距离dmbase,rbase，将重建模型中的仓库底面与参照模型中的设定底面对齐；将重建模型中的四周墙面与参照模型中对应的设定墙面对齐。

10、结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，基于距离dmtop,rtop，将重建模型中的天花板顶面与参照模型中的设定顶面对齐，并基于距离dmtop,rtop和距离dmbase,rbase，将重建模型中的仓库底面与参照模型中的设定底面对齐，包括：确定距离dmtop,rtop为补偿距离dcom；基于补偿距离dcom对齐重建模型中的天花板顶面与参照模型中的设定顶面；基于补偿距离dcom和距离dmbase,rbase，计算出最终底面距离差异δd，并利用δd对重建模型沿深度方向进行拉伸或压缩，以对齐重建模型中的仓库底面与参照模型中的设定底面。

11、结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，若重建模型中天花板顶面是通过满足判定条件所确定，基于物料堆积模型，盘点物料余量，包括：针对物料堆积模型的物料堆积面中的每个点，计算出每个点到天花板顶面之间的距离，第i个点到天花板顶面之间的距离记为di；采用以下公式计算物料余量：

12、

13、其中，mrest为物料余量，v为物料仓库容量，n为物料堆积面中点的数量。

14、结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第一方面的第九种可能的实现方式中，若重建模型中天花板顶面不是通过满足判定条件所确定，基于物料堆积模型，盘点物料余量，包括：针对物料堆积模型的物料堆积面中的每个点，计算出每个点到天花板顶面之间的距离，第i个点到天花板顶面之间的距离记为di；采用以下公式计算物料余量：

15、

16、其中，mrest为物料余量，v为物料仓库容量，n为物料堆积面中点的数量，pi为di对应的权重，满足：

17、

18、其中，hb为参照模型中设定底面的深度。

19、有益效果：

20、1.通过获取物料仓库的点云数据，进一步构建出物料仓库内部空间的重建模型；然后基于重建模型和物料仓库内部空间的参照模型(物料仓库内部空间不存在物料时的模型)，确定出物料堆积模型，进一步完成盘点物料余量。利用物料仓库内部空间的仓库底面、四周墙面和天花板顶面(仓库底面存在过道区域，过道区域不堆放物料，物料堆放的范围不超过四周墙面构建的边界，以及，物料堆放深度低于天花板顶面)，与物料仓库内部空间的参照模型进行对齐，确定出物料堆积模型，以此可以减小误差，提高物料盘点的精度。

21、2.在基于三维激光扫描仪的所在位置，确定出参照平面的过程中，获取每个三维激光扫描仪的所在位置中心及对应的参照距离(表示三维激光扫描仪的所在位置中心到物料仓库内部空间的参照模型中设定顶面的距离)；以每个三维激光扫描仪的所在位置中心结合对应的参照距离后，得到每个三维激光扫描仪对应的空间映射点；若空间映射点满足判定条件：存在半数及以上的空间映射点位于重建模型中同一深度平面内，则确定此深度平面为参照平面。否则，计算所有三维激光扫描仪对应的空间映射点的深度均值，并确定重建模型中此深度均值所在水平面为参照平面。此判定条件可以反映和区分是否存在设备位置变化导致的误差，从而针对性地指导对齐和最终的物料盘点过程，减小误差，提高物料盘点精度。

22、3.确定距离dmtop,rtop(基于重建模型中的天花板顶面与参照模型中的设定顶面计算得到)为补偿距离dcom；基于补偿距离dcom对齐重建模型中的天花板顶面与参照模型中的设定顶面；基于补偿距离dcom和距离dmbase,rbase(基于重建模型中的仓库底面与参照模型中的设定底面计算得到)，计算出最终底面距离差异δd，并利用δd对重建模型沿深度方向进行拉伸或压缩，以对齐重建模型中的仓库底面与参照模型中的设定底面。在进行物料盘点时，根据重建模型中天花板顶面是否通过满足判定条件所确定，设计不同的物料余量计算公式，在满足判定条件时(说明误差主要来源于采集数据导致的差异，而非设备产生位移，即便多个设备同时产生同步位移(例如安装激光扫描仪的马道高度变化)，也通过补偿距离对齐天花板顶面与设定顶面克服掉了)，因此采用均权计算的方式计算物料余量；在不满足判定条件时，采用加权法计算物料余量(此种情况说明误差很可能同时来源于采集数据导致的差异和设备产生位移导致的误差，而通过对齐并不能完全消除设备位移的误差，因此一方面通过在计算天花板顶面的高度时采用均值计算的方式减小误差，另一方面在最终进行物料盘点时，设计点位深度加权的方式计算物料深度)，物料深度(通过设定底面深度减去物料堆积模型的物料堆积面中的点到设定顶面深度之间的距离)越大，其单位深度的误差影响相对更少，因此赋予更高的权重，从而减小误差，提高物料盘点精度。

23、为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种基于三维模型构建的物料盘点方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于三维模型构建的物料盘点方法，其特征在于，基于点云数据，构建出物料仓库内部空间的重建模型，包括：

3.根据权利要求1所述的基于三维模型构建的物料盘点方法，其特征在于，物料仓库内部空间存在仓库底面、四周墙面和天花板顶面，仓库底面存在过道区域，过道区域不堆放物料，物料堆放的范围不超过四周墙面构建的边界，以及，物料堆放深度低于天花板顶面，基于重建模型和物料仓库内部空间的参照模型，确定出物料堆积模型，包括：

4.根据权利要求3所述的基于三维模型构建的物料盘点方法，其特征在于，点云数据通过设置在物料仓库内部空间顶部的若干三维激光扫描仪扫描得到，从重建模型中确定出仓库底面、四周墙面和天花板顶面，包括：

5.根据权利要求4所述的基于三维模型构建的物料盘点方法，其特征在于，从重建模型中确定出过道区域，并基于过道区域确定出仓库底面，包括：

6.根据权利要求4所述的基于三维模型构建的物料盘点方法，其特征在于，基于三维激光扫描仪的所在位置，确定出参照平面，包括：

7.根据权利要求6所述的基于三维模型构建的物料盘点方法，其特征在于，基于仓库底面、四周墙面和天花板顶面，将重建模型与物料仓库内部空间的参照模型进行对齐，包括：

8.根据权利要求7所述的基于三维模型构建的物料盘点方法，其特征在于，基于距离dmtop,rtop，将重建模型中的天花板顶面与参照模型中的设定顶面对齐，并基于距离dmtop,rtop和距离dmbase,rbase，将重建模型中的仓库底面与参照模型中的设定底面对齐，包括：

9.根据权利要求8所述的基于三维模型构建的物料盘点方法，其特征在于，若重建模型中天花板顶面是通过满足判定条件所确定，基于物料堆积模型，盘点物料余量，包括：

10.根据权利要求8所述的基于三维模型构建的物料盘点方法，其特征在于，若重建模型中天花板顶面不是通过满足判定条件所确定，基于物料堆积模型，盘点物料余量，包括：

技术总结
本申请提供一种基于三维模型构建的物料盘点方法，包括：获取物料仓库的点云数据；基于点云数据，构建出物料仓库内部空间的重建模型，其中，重建模型中包含物料仓库内堆积的物料；基于重建模型和物料仓库内部空间的参照模型，确定出物料堆积模型，其中，参照模型为物料仓库内部空间不存在物料时的模型；基于物料堆积模型，盘点物料余量。利用物料仓库内部空间的重建模型与物料仓库内部空间的参照模型进行对齐，确定出物料堆积模型，以此可以减小误差，提高物料盘点的精度。

技术研发人员：廖信烈,章海江
受保护的技术使用者：无锡华东自动化科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23