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西克應用
概述
本期小西為大家帶來多云臺3D掃描與點云數據融合在火車自動抽樣系統的應用介紹。
西克的激光雷達以及3D云臺，由于具有遠距離大場景測量以及良好的室外環境適用性與抗干擾性能，在鋼鐵、化工、冶金、物流等多個行業都得到廣泛的應用。
應用場景
火車自動抽樣系統應用:在頂部有頂棚覆蓋長400m的鐵軌區域，停靠的火車由多節載有待采樣礦料的車廂組成，需要采用自動化改造來代替人工采樣，自動定位每節車廂內可安全進行采樣的區域并提供采樣坐標集合給抽樣控制系統，以便排除人為干擾，節約人力并提升作業效率。
單個云臺無法覆蓋如此狹長的大范圍的區域，根據測算使用9個云臺進行3D掃描，然后對每個云臺的點云數據進行融合，最后對火車所有車廂數據進行去噪，分割以及定位處理。
受限于單臺電腦的處理能力，多云臺的掃描系統往往需要使用多臺電腦分別對部分云臺進行控制，因此往往需要采用分布式的通訊(采用主站+3個從站網絡架構)，即從站各臺電腦分別采集部分云臺的數據進行采集，最終匯總到主站計算。
由此，主站的計算數據量劇增，為了滿足生產作業的實時性，往往需進行計算加速。
上圖分別為人工采樣以及改造后的采樣機器人自動采樣
多個云臺系統標定與點云融合
SICK 為了實現大范圍掃描，需要對每個云臺掃描的點云數據進行拼接與數據融合，并最終整合成一個統一坐標系的火車車廂模型。
標定方案使用不同的云臺掃描標定箱，然后再通過高精度測繪設備來測繪標定箱上角點，基于多組對應數據計算出當前云臺掃描坐標系與全局測繪坐標系的轉換關系，以此類推，從而實現將多個云臺掃描坐標系都統一到測繪全局坐標系。如下圖所示。
最終掃描拼接效果如下圖所示
分布式通訊
基于OPC_UA的通訊方式，不僅實現了系統中多個從站電腦與主站系統的分布式通訊，而且實現了云臺掃描系統與上位機c#軟件的通訊，相比于傳統的TCP/IP通訊方式，傳輸更加穩定安全，且便于不同編程語言所寫軟件的通訊。
并行計算加速
單云臺的單次采集的點云個數為230萬點左右，因此9個云臺的采集點云數據到達2000萬點左右，400米掃描范圍以內的定位車廂多達29節，為減少數據處理時間，系統采用基于OpenMP并行計算加速。相比于普通的多線程加速，OpenMP并行計算加速更適用于算法中多個相同的對象需要并行計算的情況，滿足了用戶對現場采用作業節拍的要求。
系統優勢
•多個云臺標定與數據融合
覆蓋范圍更大，可滿足大場景高精度的定位需求。
•分布式通訊
可根據客戶現場的情況合理分配多臺計算機資源，以實現數據通訊與采集以及計算效率的最大化。
•并行計算加速
適用并行計算加速的方法，處理海量的點云數據，減少了計算時間，保證了數據的反饋的及時性。
典型應用案例
多個云臺定點安裝進行掃描，或多個雷達或云臺配合作業機械運動，然后進行大場景的3D掃描及相關應用，特別在料場自動堆取料與盤庫系統具有廣泛應用：
1. 頂棚庫區物料定點盤庫系統(通常無運動機械，云臺定點安裝在頂棚上)：
2. 基于多雷達與多行車料場堆取料與盤庫系統
3. 基于斗輪機的料場堆取料與盤庫系統
總結
SICK多云臺掃描與點云數據融合系統，憑借其簡易標定、分布式通訊的靈活性及高效計算能力，適用于大范圍高精度掃描與定位場景，為用戶的工藝流程自動化提供可靠保障。
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