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基于数字孪生的港口堆取料机无人作业三维在线监控方法研究
| 论文题名： | 基于数字孪生的港口堆取料机无人作业三维在线监控方法研究 |
| 关键词： | 智慧港口;堆取料机;无人作业;三维在线监控;运动学分析 |
| 摘要： | 随着全球贸易的发展，港口作为海运的枢纽，对国家经济发展起着至关重要的作用。近年来，港口物流业不断发展，智慧港口及绿色港口的建设已经成为港口发展的主要方向。散货码头是智慧港口的重要组成部分，对散货料场堆取料机的作业过程进行监控与管理是实现散货码头无人作业的关键内容之一，对散货智慧港口的建设意义重大。本文针对散货智慧码头对堆取料机无人化三维在线监控技术的需求，开展了以下内容的研究： 首先，针对大规模海量数据可视化时容易出现卡顿的问题，提出了基于海量激光点云数据的散货料场料堆三维可视化算法，分别实现了规则网格和四叉树LOD的料堆生成算法，提出了基于灰度图和零点分割的料堆生成算法，对四种方法的网格顶点数、三角面数和时间进行了对比分析，实现了大规模料场数据的动态可视化。 其次，针对无人作业的堆取料机在运动过程中出现碰撞的问题，提出了基于正运动学分析的悬臂堆取料机碰撞检测及预警方法。通过对悬臂堆取料机进行运动学分析，推断了悬臂端在基坐标系下的位置，利用逆运动学分析法在已知堆取料机坐标位置的前提下，反推出堆取料机俯仰角度、回转角度和行走角度，并利用碰撞盒与射线检测相结合的方法实现了堆取料机的碰撞检测及预警，有效避免了悬臂端碰撞事故的发生。 最后，针对港口堆取料机在大场景作业时的全视角监控难题，基于Unity3D引擎和C/S架构，设计并开发了港口堆取料机无人作业数字孪生三维监控系统。提出了基于实时激光点云和PLC大机运行数据驱动的港口堆取料机作业数据孪生映射方法，并基于海量数据实现了港口堆取料作业过程的三维在线监控及历史数据回放。此外，还实现了对港区煤粉料场、矿石料场、混匀料场和成品料场21台大机的全方位三维可视化、动态漫游、设备信息管理以及单机/多机作业状态监控，为港口的数字化管理奠定了基础。 |
| 作者： | 卢迪 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 丁伟利;黄向生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 燕山大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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