概述

LRS4000是一款遠距離檢測的2D LiDAR傳感器，具有分辨率高、可靠性強、耐用性好，靈活性大等優點。雷達通過隨行車移動進行同步掃描，實現對料場環境的實時三維動態建模及其可視化，以覆蓋百米車間、抗粉塵能力、遠距離物料掃描檢測三大能力，成為智慧鋼廠、港口料場的核心感知器官。

建模原理

LRS4000激光雷達應用HDDM+技術獲取有關距離和回波信號的信息，實現具有多重回波功能的傳感器。系統通過剛性支架將激光雷達模塊集成于行車行走機構底部，隨行車大車協同運動。在掃描過程中，系統實時融合以下三類空間數據：

1.  激光雷達自身采集的極坐標測量數據（距離值+方位角）；

2.  行車實時提供的編碼器信息（行車坐標）；

3.  激光雷達安裝位置參數（旋轉平移參數）。

通過多源數據時空同步算法，系統以固定頻率刷新料場三維實時模型，上位機采用VTK可視化庫實現動態點云渲染顯示。

實時三維建模及可視化

應用優勢

智能行車系統搭載LRS4000進行作業場景三維掃描建模，具備掃描節拍塊，檢測距離遠、抗灰塵雨霧能力強，檢測精度高等優勢。

惡劣環境下的高可靠檢測

LRS4000激光雷達采用HDDM+測量法以及多重回波技術，在惡劣環境條件下高可用性和可靠的測量數據，自帶的回波濾波器可消隱由于邊緣識別、雨、灰塵、雪和其它環境條件引起的不必要的測量數據和信號?？稍O置輸出第一個、最后一個還是所有三個回波，相應地過濾因環境條件觸發的錯誤信號。

有回波濾波器                     無回波濾波器

 灰塵干擾現場             LastEcho回波數據

低成本、覆蓋范圍廣智能行車搭載LRS4000激光雷達的掃描方案在成本效益和空間覆蓋能力方面具有顯著的技術優勢。具體表現為：

覆蓋性能：在30m安裝高度工況下。單雷達解決方案可檢測截面半徑更大，例如，當安裝高度約H為30米時，雷達的常規入射角θ約為55°~75°時，雷達的水平檢測半徑：

實際作業中需考慮料堆表面漫反射效應，由于Lrs4000采用小光斑且能量適宜，能較好 覆蓋粗糙料堆。因此，在行車運動中，單雷達每次僅掃描一切面，將常規最大入射角θ發揮最大效用，時刻以最優狀態覆蓋更大的料場范圍。

30m安裝高度LRS4000最大掃描輪廓示意圖

系統配置經濟性：每臺行車僅需要配備1個LRS4000單雷達，即可實現料場的三維動態建模。因此，單雷達模式可將智能行車的精度與穩定性進行二次有效利用，降低三維建模的成本，也提高行車性能的利用率，最終實現有效降低設備整體成本。

高分辨率LRS4000雷達具有高分辨率的特性，雷達的角度分辨率最高可以達到0.02°，配合高精度行車可以在遠距離的工況下，清晰地檢測出精細的物料細節和結構。該系統采用雙維度分辨率調節機制，確保在不同工況下都能獲得較優的掃描效果。分辨率調節范圍：

1.   徑向空間分辨率（激光雷達方向）：可選擇范圍有0.02，0.04，0.06，0.08，0.1，0.12，0.24。2.   切向空間分辨率（行車運動方向）：由行車運動速度和雷達掃描頻率動態調節計算公式：分辨率(mm) = 行車速度(mm/s)/ 掃描頻率(Hz)，如2mm分辨率（行車運動速度50mm/s，雷達頻率為25Hz），8mm分辨率（行車運動速度100mm/s，12.5Hz掃描），16mm分辨率（200mm/s速度，12.5Hz掃描）。

精細化料場掃描圖

應用案例

智能行車搭載LRS4000雷達，在各種場景均能提供有效可靠的場地三維點云數據，例如：黑色焦炭儲運綜合廠房、鋼材輸送作業線，以及白色骨料庫區等。

智能行車鋼材庫區多雷達掃描

鋼材檢測

智能行車煤粉盤庫庫區單雷達掃描

銅礦盤庫

智能行車銅礦庫區雙雷達掃描

銅礦盤庫

SICK單雷達動態建模與可視化系統應用工藝包

本技術方案是基于SICK激光雷達（LRS4000系列）開發的工業級實時三維建模解決方案，主要實現以下技術功能：

單雷達掃描動態建模顯示應用工藝包是一款基于SICK激光雷達的實時動態建模與顯示的應用工藝包。該工藝包通過融合實時獲取的激光雷達的輪廓數據與智能行車的編碼器位置信息進行三維建模，最終生成行車行走過程中覆蓋場景的三維模型，最終使用基于VTK的三維可視化引擎進行渲染顯示，如下圖所示。

單雷達動態建模與可視化系統主界面

在單雷達動態建模與可視化的實際應用中，通過使用SICK雷達SDK實時獲取激光雷達的輪廓數據以及和智能行車的位置信息進行多維數據融合，最終使用VTK三維可視化工具動態顯示每幀獲取的場景輪廓。該應用包能夠實現料場輪廓的實時數字化、提供可視化界面并支持建模質量實時診斷。