本發(fā)明涉及生產(chǎn)物流過程控制領(lǐng)域，尤其涉及一種車輛運(yùn)輸?shù)能囕d鋼卷及車輛鞍座自動識別和定位裝置及其方法，適用于冶金企業(yè)或物流企業(yè)的車載鋼卷的自動化裝卸作業(yè)。

背景技術(shù)：

目前，由于鋼卷運(yùn)輸車輛車載鋼卷規(guī)格不一，形狀各異，而且運(yùn)輸車輛為了兼顧其它貨物種類，拖掛平板上大部分沒有固定鞍座，只是在運(yùn)輸鋼卷時臨時擺放鞍座。導(dǎo)致鋼卷中心點(diǎn)在車輛平板所處位置也不固定。另外由于車輛是活動物體，在裝卸點(diǎn)的停車位置也無法精確就位。因此，目前絕大多數(shù)冶金企業(yè)或物流倉儲企業(yè)，對鋼卷在倉庫內(nèi)的裝卸過程采用人工控制裝卸機(jī)械（例如：行車）的操作模式。在人員操縱行車時，需要行車司機(jī)或地面指揮人員目視判斷車載鋼卷位置或者車輛鞍座位置，以便于司機(jī)控制行車行駛至合適位置，操作夾鉗等吊具去吊取鋼卷。

在由司機(jī)目視鋼卷或鞍座位置時，由于行車司機(jī)室位置較高，司機(jī)判斷鋼卷或鞍座位置困難，容易因鋼卷位置誤判導(dǎo)致吊具撞壞鋼卷，或因鞍座位置判斷不準(zhǔn)，導(dǎo)致鋼卷在鞍座上落位不準(zhǔn)而發(fā)生滾動。輕則因判斷、對位時間較長而影響作業(yè)效率，重則因鋼卷碰擦或滾動而造成鋼卷損傷，造成經(jīng)濟(jì)損失。

若由地面掛指工目測鋼卷或鞍座位置時，由于掛指工站位離鋼卷或鞍座位置較近，容易因行車司機(jī)操作失誤或設(shè)備故障，引起行車吊具或起吊鋼卷與掛指工碰撞，造成嚴(yán)重的人員傷亡。

此外隨著檢測技術(shù)、控制技術(shù)和裝備制造水平的發(fā)展，無人控制行車技術(shù)在鋼卷庫的應(yīng)用逐步成為可能。但要實(shí)現(xiàn)自動化行車作業(yè)，由于地面或行車司機(jī)室不再有司機(jī)或掛指工，也就無法由人工進(jìn)行目測鋼卷或鞍座位置，即使安排人員，其目測數(shù)據(jù)也無法精確轉(zhuǎn)化為計算機(jī)數(shù)據(jù)，實(shí)時傳送給計算機(jī)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種車載鋼卷及車輛鞍座自動識別和定位裝置及其方法。本發(fā)明采用二維激光掃描儀并配備適合的第三維度的高精度移動機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)三維掃描功能；并結(jié)合圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鋼卷入庫和出庫過程的鋼卷和鞍座的外形特征識別。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種車載鋼卷及車輛鞍座自動識別和定位裝置，其特征是：包括搖擺機(jī)、直線掃描激光器、第一網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、第二網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、控制終端、服務(wù)器；

所述搖擺機(jī)和直線掃描激光器安裝于車輛停車位頂部位置；

所述搖擺機(jī)包括伺服電機(jī)、控制板、通訊模塊、旋轉(zhuǎn)編碼器，通訊模塊具有以太網(wǎng)通訊協(xié)議，通過網(wǎng)線接入位于現(xiàn)場的第一網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行通訊，直線掃描激光器具有以太網(wǎng)通訊協(xié)議，通過網(wǎng)線接入第一網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；

所述第一網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過網(wǎng)線與位于控制機(jī)房內(nèi)的第二網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)相連，控制終端、服務(wù)器連接在第二網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上，以實(shí)現(xiàn)對搖擺機(jī)和直線掃描激光器的運(yùn)行控制、數(shù)據(jù)采集、三維定位計算。

所述服務(wù)器通過第三網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與因特網(wǎng)通訊，用于車輛物流信息流轉(zhuǎn)和遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器運(yùn)行情況。

所述搖擺機(jī)設(shè)置有二個角度極限行程開關(guān)。

一種車載鋼卷及車輛鞍座自動識別和定位方法，利用第三維度的搖擺機(jī)帶動直線激光掃描器旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，根據(jù)搖擺機(jī)角度、直線激光掃描器角度和激光測距數(shù)據(jù)，還原成三維數(shù)據(jù)；首先，對原始的激光測距數(shù)據(jù)使用閾值濾波法去除干擾數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)，其次，通過聚類分析識別并分割出鋼卷或鞍座，再次，基于點(diǎn)云計算結(jié)果獲得鋼卷或鞍座的中心坐標(biāo)以及鋼卷的尺寸大??；具體包括：

入庫過程，

入庫鋼卷識別，車輛停車就位后，通過位于控制機(jī)房的控制終端，通過第二網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和第一網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，觸發(fā)安裝于停車位頂部的搖擺機(jī)和直線掃描激光器，對已裝載鋼卷的框架車進(jìn)行掃描成像，并根據(jù)成像結(jié)果和數(shù)據(jù)特征，區(qū)分并識別出鋼卷特征數(shù)據(jù)；

鋼卷坐標(biāo)計算，根據(jù)鋼卷識別數(shù)據(jù)，計算鋼卷中心點(diǎn)三維物理坐標(biāo)，包括縱向、橫向、高度，以發(fā)送并控制行車定位；

鋼卷尺寸計算，根據(jù)鋼卷識別數(shù)據(jù)，計算鋼卷直徑、寬度數(shù)據(jù)，以控制吊具夾鉗的張開寬度和夾具垂直高度；

出庫過程，

鞍座識別，車輛停車就位后，通過位于控制機(jī)房的控制終端，通過第二網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和第一網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，觸發(fā)安裝于停車位頂部的搖擺機(jī)和直線掃描激光器，對等待裝載鋼卷的框架車進(jìn)行掃描成像，根據(jù)成像結(jié)果和數(shù)據(jù)特征，識別并區(qū)分框架車鞍座類型，識別鞍座特征數(shù)據(jù)；

鞍座坐標(biāo)計算，根據(jù)鞍座識別數(shù)據(jù)，計算鞍座中心點(diǎn)物理坐標(biāo)，包括縱向、橫向，以便于引導(dǎo)和控制鋼卷出庫操作。

所述對原始的激光測距數(shù)據(jù)使用閾值濾波法去除干擾數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)，是對原始的激光測距數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值處理，排除小于下限和大于上限的干擾數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)，僅對介于上限與下限之間的激光測距結(jié)果進(jìn)行空間數(shù)據(jù)還原和三維坐標(biāo)計算；其次，被過濾掉的數(shù)據(jù)點(diǎn)采用相鄰點(diǎn)平均值補(bǔ)償替代。

所述聚類分析識別處理，首先，對三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一系列不同高程的二維圖像,根據(jù)高度從高到低，每個較低高程數(shù)據(jù)均包括高于它的所有高程數(shù)據(jù)；然后，對該二維圖像進(jìn)行后繼聚類處理，依據(jù)掃描獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)的先后順序和空間關(guān)系，抽取出同樣高程下的掃描點(diǎn)數(shù)據(jù)集，比較同高程相鄰掃描點(diǎn)之間距離，最終確定當(dāng)前點(diǎn)所屬類集。

根據(jù)鋼卷或鞍座的高程點(diǎn)云聚類結(jié)果，鋼卷或鞍座的幾何中心點(diǎn)坐標(biāo)為聚類數(shù)據(jù)集的幾何平均值，鋼卷或鞍座的尺寸大小為聚類數(shù)據(jù)集的最大值與最小值的差值。

數(shù)據(jù)聚類、外形和定位迭代計算的收斂條件包括如下：

(1) 聚類所識別獲得的鋼卷或鞍座數(shù)量與數(shù)據(jù)庫提供的數(shù)量一致；

(2) 不同迭代計算的聚類中心點(diǎn)坐標(biāo)偏差小于上限；

(3) 不同迭代計算獲得的鋼卷或鞍座外形尺寸偏差小于上限；

若迭代計算無法獲得穩(wěn)定一致的計算結(jié)果，則做異常報警處理。

本發(fā)明采用二維激光掃描儀并配備第三維度的高精度移動機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)三維掃描功能；并結(jié)合圖像處理技術(shù)，綜合采用濾波、數(shù)據(jù)聚類分析，實(shí)現(xiàn)鋼卷或鞍座高程點(diǎn)云數(shù)據(jù)歸類處理，實(shí)現(xiàn)鋼卷入庫和出庫過程的鋼卷和鞍座的外形特征識別；并針對各鋼卷或鞍座的高程點(diǎn)云聚類結(jié)果，計算其幾何中心點(diǎn)坐標(biāo)，并計算鋼卷外徑和寬度值。對車載鋼卷的準(zhǔn)確識別和定位，是入庫過程行車對鋼卷準(zhǔn)確起吊的前提和基礎(chǔ)。對車輛鞍座的準(zhǔn)確識別和定位，則是出庫過程行車準(zhǔn)確安放鋼卷的前提和基礎(chǔ)。因此，車載鋼卷和車輛鞍座的準(zhǔn)確識別和精確定位，是鋼卷庫裝卸自動化和無人化操作的首要條件。

本發(fā)明是實(shí)現(xiàn)鋼卷在倉庫內(nèi)無人裝卸和自動搬運(yùn)過程的技術(shù)基礎(chǔ)，其對行車調(diào)用效率、生產(chǎn)安全，甚至整個系統(tǒng)意義重大。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的三維掃描成像示意圖；

圖2為本發(fā)明的掃描角示意圖；

圖3為本發(fā)明車載鋼卷及車輛鞍座自動識別和定位裝置示意圖；

圖4為為本發(fā)明車載鋼卷及車輛鞍座自動識別和定位方法流程圖。

圖中：1搖擺機(jī)，2直線掃描激光器，3第一網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，4第二網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，5控制終端，6服務(wù)器，7第三網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，10車輛，11鋼卷，12鞍座。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

參見圖1至圖3，一種車載鋼卷及車輛鞍座自動識別和定位裝置，包括搖擺機(jī)1、直線掃描激光器2、第一網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)3、第二網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)4、控制終端5、服務(wù)器6、第三網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)7；所述搖擺機(jī)1和直線掃描激光器2安裝于車輛停車位頂部位置，確保車輛10進(jìn)入停車位后能夠完全處于直線掃描激光器2的掃描范圍之內(nèi)，車輛10和直線掃描激光器2之間不得有其它物體阻隔。

所述搖擺機(jī)1包括伺服電機(jī)、控制板、通訊模塊、旋轉(zhuǎn)編碼器，通訊模塊具有以太網(wǎng)通訊協(xié)議，通過網(wǎng)線接入位于現(xiàn)場的第一網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)3進(jìn)行通訊，直線掃描激光器2具有以太網(wǎng)通訊協(xié)議，通過網(wǎng)線接入第一網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)3。搖擺機(jī)1和直線掃描激光器2均采用以太網(wǎng)協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)是，通訊協(xié)議統(tǒng)一，可以方便直接地接入同一個網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。

所述第一網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)3通過網(wǎng)線與位于控制機(jī)房內(nèi)的第二網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)4相連，控制終端5、服務(wù)器6連接在第二網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)4上，以實(shí)現(xiàn)對搖擺機(jī)1和直線掃描激光器2的運(yùn)行控制、數(shù)據(jù)采集、三維定位計算。生產(chǎn)現(xiàn)場和控制機(jī)房的距離不受限制，當(dāng)距離小于100米時，可以采用普通電纜網(wǎng)線。當(dāng)距離超過100米甚至達(dá)到幾公里時，可以采用光纖通訊。

所述服務(wù)器6通過第三網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)7與因特網(wǎng)通訊，用于車輛物流信息流轉(zhuǎn)和相關(guān)人員遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器運(yùn)行情況。

當(dāng)需要啟動掃描時，控制終端5通過網(wǎng)絡(luò)分別與搖擺機(jī)1、激光器2進(jìn)行通訊，以發(fā)出控制指令。對搖擺機(jī)1的指令內(nèi)容包括搖擺機(jī)搖擺的角度范圍（例如20度~160度）、搖擺運(yùn)行速度。對激光器2的指令內(nèi)容包括激光器掃描角度范圍（例如40度~140度）、掃描精度（例如0.1度）、掃描頻率（Hz）。

當(dāng)搖擺機(jī)1開始運(yùn)行后，搖擺機(jī)1搖擺的角度由內(nèi)置位置編碼器（旋轉(zhuǎn)編碼器）進(jìn)行跟蹤，控制板每隔一定采樣時間（例如10ms，可預(yù)先設(shè)定），將位置編碼器的角度數(shù)據(jù)通過通訊模塊向遠(yuǎn)程控制終端5傳送。當(dāng)搖擺機(jī)1進(jìn)入預(yù)設(shè)起始角度后，控制終端5指令直線掃描激光器2啟動掃描工作。直線掃描激光器2按照設(shè)定參數(shù)進(jìn)行往復(fù)掃描，并將包括激光發(fā)射角度和測距距離的掃描數(shù)據(jù)也實(shí)時通過網(wǎng)絡(luò)向遠(yuǎn)程服務(wù)器6傳送交換數(shù)據(jù)。當(dāng)搖擺機(jī)1編碼器反饋角度達(dá)到預(yù)設(shè)終點(diǎn)后，控制終端5指令直線掃描激光器2停止掃描，并指令搖擺機(jī)1擺動回歸到停止位（例如10度），以便執(zhí)行下道指令。

搖擺機(jī)1設(shè)置有二個角度極限行程開關(guān)，角度極限行程開關(guān)是為了防止搖擺機(jī)擺幅過大而設(shè)的保護(hù)措施。當(dāng)搖擺機(jī)1運(yùn)行中碰到限位時，可緊急停止。但正常工作時均由編碼器反饋角度來控制搖擺機(jī)1的啟動和停機(jī)。

參見圖4，以及圖1至圖3，一種車載鋼卷及車輛鞍座自動識別和定位方法，利用第三維度的搖擺機(jī)1帶動直線激光掃描器2旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，根據(jù)搖擺機(jī)角度、直線激光掃描器角度和激光測距數(shù)據(jù)，還原成三維數(shù)據(jù)；首先，對原始的激光測距數(shù)據(jù)使用閾值濾波法去除干擾數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)，其次，通過聚類分析識別并分割出鋼卷或鞍座，再次，基于點(diǎn)云計算結(jié)果獲得鋼卷或鞍座的中心坐標(biāo)以及鋼卷的尺寸大??；具體包括：

入庫過程，

入庫鋼卷11識別，車輛10停車就位后，通過位于控制機(jī)房的控制終端5，通過第二網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)4和第一網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)3，觸發(fā)安裝于停車位頂部的搖擺機(jī)1和直線掃描激光器2，對已裝載鋼卷11的框架車進(jìn)行掃描成像，并根據(jù)成像結(jié)果和數(shù)據(jù)特征，區(qū)分并識別出鋼卷特征數(shù)據(jù)；

鋼卷坐標(biāo)計算，根據(jù)鋼卷識別數(shù)據(jù)，計算鋼卷中心點(diǎn)三維物理坐標(biāo)，包括縱向、橫向、高度，以發(fā)送并控制行車定位；

鋼卷尺寸計算，根據(jù)鋼卷識別數(shù)據(jù)，計算鋼卷直徑、寬度數(shù)據(jù)，以控制吊具夾鉗的張開寬度和夾具垂直高度；

出庫過程，

鞍座識別，車輛10停車就位后，通過位于控制機(jī)房的控制終端5，通過第二網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)4和第一網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)3，觸發(fā)安裝于停車位頂部的搖擺機(jī)1和直線掃描激光器2，對等待裝載鋼卷的框架車進(jìn)行掃描成像，根據(jù)成像結(jié)果和數(shù)據(jù)特征，識別并區(qū)分框架車鞍座12類型，識別鞍座特征數(shù)據(jù)；

鞍座坐標(biāo)計算，根據(jù)鞍座識別數(shù)據(jù)，計算鞍座中心點(diǎn)物理坐標(biāo)，包括縱向、橫向，以便于引導(dǎo)和控制鋼卷出庫操作。

具體描述如下：

三維掃描及空間數(shù)據(jù)還原。一種車載鋼卷及車輛鞍座自動識別和定位方法，是采用二維直線掃描激光器2并配備第三維度的高精度搖擺機(jī)1，通過第三維度的搖擺機(jī)1的運(yùn)動，帶動二維直線掃描激光器2在第三維度空間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)二維掃描儀對三維立體空間的距離掃描，同時，利用控制服務(wù)器6對搖擺機(jī)角度、激光角度、激光測距數(shù)據(jù)按每一時間點(diǎn)進(jìn)行的記錄，進(jìn)而最終還原獲得數(shù)字高程模型。

假設(shè)掃描儀基準(zhǔn)面為XOZ，而掃描儀隨搖擺機(jī)云臺在平面YOZ內(nèi)作回旋擺動，則各掃描點(diǎn)的坐標(biāo)計算為：

其中：

為云臺擺動角度（從振幅處算起偏移量，角度選取方式可調(diào)整）；

為激光掃描數(shù)據(jù)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)索引；

為激光掃描儀第i次掃描第j點(diǎn)的測距值；

為激光掃描對應(yīng)的三維坐標(biāo)；

為激光掃描儀中心點(diǎn)的三維坐標(biāo)；

為激光掃描儀安裝位置修正值；

為激光掃描儀的掃描角度增量；

，，為激光掃描初始角、云臺初始角、云臺擺動角；

為激光掃描儀角度和搖擺機(jī)云臺擺角修正值。

數(shù)據(jù)濾波。對上述數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，去除干擾數(shù)據(jù)和局部區(qū)域所出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)的聚類分析，即進(jìn)行鋼卷或鞍座高程點(diǎn)云數(shù)據(jù)歸類處理。

為保證直線掃描激光器三維掃描計算準(zhǔn)確性，降低后繼鋼卷或鞍座數(shù)據(jù)聚類計算偏差，本發(fā)明首先對原始的激光測距數(shù)據(jù)使用閾值濾波法去除干擾數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)，是對原始的激光測距數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值處理，排除小于下限和大于上限的干擾數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)，僅對介于上限與下限之間的激光測距結(jié)果進(jìn)行空間數(shù)據(jù)還原和三維坐標(biāo)計算；其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

其中：和為激光測距值的下限和上限。

其次，對于被過濾而形成的掃描缺失點(diǎn)，本發(fā)明采用相鄰點(diǎn)平均值進(jìn)行補(bǔ)償替代，即：

其中為相鄰的有效掃描數(shù)據(jù)數(shù)量。

生成高程數(shù)據(jù)系列。在原始三維高程數(shù)據(jù)中鋼卷以及鞍座均與框架車等其他背景物混合在一起的，需要將鋼卷數(shù)據(jù)分離出來。數(shù)據(jù)分離抽取過程的主要依據(jù)來自高程模型數(shù)據(jù)的高程值，通過控制高程值的上下限閾值范圍，即實(shí)現(xiàn)鋼卷和鞍座數(shù)據(jù)抽取。在數(shù)據(jù)聚類過程中，因?yàn)殇摼砗桶白鶖?shù)量不定，常規(guī)聚類分析法在穩(wěn)定性、適應(yīng)性等方面難以適應(yīng)，特別是入庫鋼卷經(jīng)常并排放置、錯位放置，且間隙窄小，同時還經(jīng)常伴隨局部掃描數(shù)據(jù)缺失的情況，常規(guī)聚類方法在處理上述情況時常常發(fā)生分類錯位，其后果直接導(dǎo)致鋼卷外形計算和定位計算重大偏差，甚至導(dǎo)致生產(chǎn)事故。

為了降低點(diǎn)云數(shù)據(jù)聚類難度，確保聚類算法高穩(wěn)定性、高精度，本發(fā)明首先對三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一系列不同高程的二維圖像，按照高度方向從高到低，每個高度較低的高程數(shù)據(jù)都包含高度大于本層高程的所有數(shù)據(jù)；然后，對該二維圖像進(jìn)行后繼聚類處理，依據(jù)掃描獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)的先后順序和空間關(guān)系，抽取出同樣高程下的掃描點(diǎn)數(shù)據(jù)集，比較同高程相鄰掃描點(diǎn)之間距離，最終確定當(dāng)前點(diǎn)所屬類集。具體如下：

根據(jù)鋼卷或鞍座數(shù)據(jù)處理的不同，針對點(diǎn)云數(shù)據(jù)依據(jù)高程數(shù)值可得到。

l為不同高程索引；

Flag(l)_i,j為點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)是否屬于某一高程的標(biāo)志位；

H_max(l)為高程上閾值，數(shù)值保持不變；

H_min(l)為高程下閾值，按照等間距依次減小。

不同高程索引對應(yīng)不同的上下閾值，其中H_max(l)數(shù)值保持不變，H_min(l)依次減小。這樣每個較低高程數(shù)據(jù)均包含高于它的所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到不同的，即獲得一系列，，……，因?yàn)槿≈禐?或1，即實(shí)現(xiàn)三維點(diǎn)云向二維圖像的降維變換。

數(shù)據(jù)聚類。針對各二維圖像進(jìn)行聚類分析，實(shí)現(xiàn)鋼卷或鞍座數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確識別和有效分割。在針對二維圖像進(jìn)行鋼卷或鞍座聚類時，本發(fā)明針對各點(diǎn)云數(shù)據(jù)逐個掃描、逐個分析，動態(tài)判定是否出現(xiàn)新的鋼卷或鞍座，確定各掃描點(diǎn)數(shù)據(jù)所屬聚類，各聚類集合分別對應(yīng)不同的鋼卷或鞍座數(shù)據(jù)。如當(dāng)前點(diǎn)附近點(diǎn)云且成功聚類，則納入該聚類集合。如果附近點(diǎn)均為0，則自動生成新的聚類集合。

本發(fā)明舍棄常規(guī)依據(jù)單元數(shù)據(jù)與聚類中心歐式距離遠(yuǎn)近而聚類的方法，而是依據(jù)掃描獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)的先后順序和空間關(guān)系，比較同高程相鄰掃描點(diǎn)之間距離，最終確定當(dāng)前點(diǎn)所屬類集。具體原理如下：

首先解釋“前序相鄰點(diǎn)”含義：預(yù)先設(shè)定相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)選取范圍：X方向?yàn)閙₀，Y方向?yàn)閚₀。對于點(diǎn)X_i,j, Y_i,j, Flag(l)_i,j），其前序相鄰點(diǎn)包括X_i-1,j-1, Y_i-1,j-1, Flag(l)_i-1,j-1）......X_{i-m0, j-n0}, Y_{i-m0, j-n0}, Flag(l)_{i-m0, j-n0}）。在計算中，這些前序相鄰點(diǎn)統(tǒng)一用X_i-m,j-m, Y_i-m,j-n, Flag(l)_i-m,j-n）表示，其中1≤m≤m₀，1≤n≤n₀。

例如：預(yù)先設(shè)定m₀=3，n₀=3。則對于數(shù)據(jù)點(diǎn)X_5,6, Y_5,6, Flag(l)_5,6），其“前序相鄰點(diǎn)”為下表中除了該點(diǎn)X_5,6, Y_5,6, Flag(l)_5,6）以外的其它所有點(diǎn)：

數(shù)據(jù)聚類工作原理：

1）在第一層高程數(shù)據(jù)中（即高程索引l=1）, 依次分析所有Flag(1)_i,j=1的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。針對每一個點(diǎn)云數(shù)據(jù)X_i,j, Y_i,j, Flag(1)_i,j=1)，如果第一次出現(xiàn)這種情況：在X和Y方向上，距離當(dāng)前點(diǎn)X_i,j,Y_i,j,Flag(1)_i,j=1)不超過m₀和n₀范圍內(nèi)，所有的前序相鄰點(diǎn)，均為，則自動生成一個新的聚類P1（即識別出第一個鋼卷）。

2）在生成聚類P1后，繼續(xù)分析后面的數(shù)據(jù)點(diǎn)。如果在X和Y方向上，距離當(dāng)前點(diǎn)X_i,j,Y_i,j,Flag(1)_i,j=1)不超過m₀和n₀范圍內(nèi)，存在前序相鄰點(diǎn)，且Flag(1)_i-m,j-n=1，則不生成新的聚類，而是把當(dāng)前點(diǎn)納入前一個聚類集合P1。

3）按照第1）步和第2）步方法依次類推，如果第二次出現(xiàn)前述第1）步的情況，則自動生成第二個新的聚類P2（即識別出第二個鋼卷）。在它后面的數(shù)據(jù)點(diǎn)，如果按前述第2）步方法判斷為不生成新的聚類，則把它納入聚類集合P2。

4）繼續(xù)類推，可得到新的聚類P3、P4...（即識別出第3個鋼卷、第4個鋼卷...）。直到該層高程數(shù)據(jù)（即高程索引l=1）全部分析完畢。

5）同樣，針對不同的高程索引l，根據(jù)上述1）~4）步驟方法分別進(jìn)行數(shù)據(jù)聚類。

以上方法，用數(shù)學(xué)公式表達(dá)如下：

k為聚類索引；

P_k為聚類（表示不同鋼卷的點(diǎn)云數(shù)據(jù)集合）。

本發(fā)明采用上述高程數(shù)據(jù)相鄰點(diǎn)距離比較方法，實(shí)現(xiàn)高程數(shù)據(jù)聚類和不同鋼卷掃描數(shù)據(jù)分割處理，進(jìn)而獲得各鋼卷特征數(shù)據(jù)，即不同高程數(shù)據(jù)聚類集合對應(yīng)不同的鋼卷掃描特征數(shù)據(jù)。

類似地，因?yàn)檫\(yùn)輸車輛高度基本固定，車輛上的鞍座高度也基本固定。只要在生成高程數(shù)據(jù)步驟時，將H_max降低到接近車輛鞍座高度，即可用上述方法，對車輛鞍座的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，得到不同鞍座的聚類集合。

為確保聚類結(jié)果可靠有效，聚類結(jié)束后仍需對聚類結(jié)果進(jìn)行合理性檢查確認(rèn)，以確保安全。

外形和定位計算。針對各鋼卷或鞍座的高程點(diǎn)云聚類結(jié)果，計算其幾何中心點(diǎn)坐標(biāo)，并計算鋼卷外徑和寬度值。

對應(yīng)高程點(diǎn)云聚類而言，其所對應(yīng)鋼卷或鞍座的幾何中心點(diǎn)坐標(biāo)（X_k,Y_k）為：

其中為集合內(nèi)有效掃描數(shù)據(jù)數(shù)量。

為便于自動裝卸控制，對于鋼卷還需提供鋼卷直徑和寬度數(shù)據(jù)，對于鞍座則無此要求。

對于鋼卷而言，基于高程點(diǎn)云聚類結(jié)果，遍歷該聚類范圍內(nèi)各數(shù)據(jù)點(diǎn),計算該點(diǎn)云聚類對應(yīng)鋼卷在X和Y方向的外形尺寸分別為：

基于上述計算結(jié)果和，并結(jié)合鋼卷擺放方向，即可確定各鋼卷的外徑和寬度值,即根據(jù)鋼卷擺放方向，有或,或。

車輛鞍座中心點(diǎn)標(biāo)高Z_k：Z_k=Z₀

本發(fā)明使用車型固定，Z₀為車輛鞍座標(biāo)準(zhǔn)高度值，由系統(tǒng)直接提供。

車載鋼卷中心點(diǎn)標(biāo)高Z_k：對于高程點(diǎn)云聚類，其所對應(yīng)鋼卷的中心點(diǎn)標(biāo)高為：

其中為車輛鞍座標(biāo)準(zhǔn)高度值，由系統(tǒng)直接提供。

基于上述計算結(jié)果，則可獲得各鋼卷和鞍座的中心點(diǎn)坐標(biāo)（X_k，Y_k，Z_k），以及各鋼卷的外徑R_k和寬度值W_k。

計算結(jié)果校驗(yàn)。數(shù)據(jù)聚類、外形和定位迭代計算的收斂條件包括如下：

(1) 聚類所識別獲得的鋼卷或鞍座數(shù)量與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫提供的數(shù)量一致；

(2) 不同迭代計算的聚類中心點(diǎn)坐標(biāo)偏差小于上限；

(3) 不同迭代計算獲得的鋼卷或鞍座外形尺寸偏差小于上限；

若迭代計算無法獲得穩(wěn)定一致的計算結(jié)果，則做異常報警處理。

當(dāng)相關(guān)二維圖像獲得穩(wěn)定一致的計算結(jié)果（包括鋼卷或鞍座外形尺寸和幾何中心），表明結(jié)果可靠有效，如若各結(jié)果之間存在較大偏差，則未能獲得穩(wěn)定結(jié)果，作異常報警處理。

以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定發(fā)明的保護(hù)范圍，因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。