系统仿真学报 ›› 2025, Vol. 37 ›› Issue (9): 2269-2286.doi: 10.16182/j.issn1004731x.joss.24-0461
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陆后军1, 朱益飞1, 荣延平2, 张汪荟1
收稿日期:
2024-10-07
修回日期:
2024-09-30
出版日期:
2025-09-18
发布日期:
2025-09-22
通讯作者:
朱益飞
第一作者简介:
陆后军(1985-),男,副高,硕士生导师,博士,研究方向为仿真建模、可视化方面。
基金资助:
Lu Houjun1, Zhu Yifei1, Rong Yanping2, Zhang Wanghui1
Received:
2024-10-07
Revised:
2024-09-30
Online:
2025-09-18
Published:
2025-09-22
Contact:
Zhu Yifei
摘要:
由于散货码头大型设备多、作业环境恶劣、料堆形状时变等特点,导致在建立堆场模型时存在数据精度低、稳定性差等缺点,影响无人化、智能化作业控制。采用二维激光雷达结合设备机构运动扫描料堆点云数据,给出了一种用于散货堆场的数字孪生建模方法,包括堆场静态场景构建和料堆的实时建模。对于在港口堆场装卸作业中不改变表面形状的静态场景采用预制模型,而表面形状具有时变特征的料堆,设计了料堆的三维数据结构以及实时生成策略,采用料堆外形、截面、空间点的层次结构缓存数据,以最近距离截面作为策略条件实现料堆实时三维重建,满足自动化作业过程中孪生模型实时变化以及快速决策支持的要求。以某中转散货码头为案例,实现了该码头的散货堆场数字孪生建模,对系统的虚实一致性和实时性进行评估,验证了所述方法的可行性。
中图分类号:
陆后军,朱益飞,荣延平等 . 基于激光雷达的散货堆场数字孪生建模方法[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(9): 2269-2286.
Lu Houjun,Zhu Yifei,Rong Yanping,et al . Digital Twin Modeling Method for Bulk Cargo Stacks Based on 2D LiDAR[J]. Journal of System Simulation, 2025, 37(9): 2269-2286.
表6
实际值与测量值误差对比
序号 | 实际高度 | S1方案 | S2方案 | S3方案 | S4方案 | S5方案 | S6方案 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
高度 | 误差 | 高度 | 误差 | 高度 | 误差 | 高度 | 误差 | 高度 | 误差 | 高度 | 误差 | ||
1 | 30 | 46 | -16 | 40 | -10 | 38 | -8 | 34 | -4 | 35 | -5 | 38 | -8 |
2 | 90 | 109 | -19 | 97 | -7 | 96 | -6 | 96 | -6 | 99 | -9 | 76 | 14 |
3 | 0 | -11 | 11 | 6 | -6 | -3 | 3 | 1 | -1 | -6 | 6 | 12 | -12 |
4 | 531 | 510 | 21 | 523 | 8 | 548 | -17 | 544 | -13 | 548 | -17 | 546 | -15 |
5 | 912 | 889 | 23 | 926 | -14 | 903 | 9 | 921 | -9 | 926 | -14 | 926 | -14 |
6 | 1 146 | 1 154 | -8 | 1 158 | -12 | 1 162 | -16 | 1 143 | 3 | 1 157 | -11 | 1 153 | -7 |
7 | 1 186 | 1 164 | 22 | 1 171 | 15 | 1 197 | -11 | 1 177 | 9 | 1 176 | 10 | 1 167 | 19 |
8 | 1 173 | 1 199 | -26 | 1 162 | 11 | 1 163 | 10 | 1 183 | -10 | 1 182 | -9 | 1 184 | -11 |
9 | 1 059 | 1 066 | -7 | 1 078 | -19 | 1 058 | 1 | 1 054 | 5 | 1 063 | -4 | 1 064 | -5 |
10 | 1 169 | 1 178 | -9 | 1 153 | 16 | 1 165 | 4 | 1 163 | 6 | 1 187 | -18 | 1 173 | -4 |
11 | 1 084 | 1 069 | 15 | 1 094 | -10 | 1 074 | 10 | 1 088 | -4 | 1 064 | 20 | 1 095 | -11 |
12 | 851 | 864 | -13 | 843 | 8 | 843 | 8 | 849 | 2 | 861 | -10 | 864 | -13 |
13 | 746 | 771 | -25 | 763 | -17 | 759 | -13 | 763 | -17 | 734 | 12 | 749 | -3 |
14 | 681 | 683 | -2 | 668 | 13 | 674 | 7 | 679 | 2 | 693 | -12 | 689 | -8 |
15 | 26 | 22 | 4 | 21 | 5 | 21 | 5 | 22 | 4 | 19 | 7 | 19 | 7 |
16 | 0 | 13 | -13 | -3 | 3 | -6 | 6 | 0 | 0 | 6 | -6 | -4 | 4 |
17 | 639 | 657 | -18 | 647 | -8 | 647 | -8 | 643 | -4 | 648 | -9 | 645 | -6 |
18 | 607 | 614 | -7 | 631 | -24 | 621 | -14 | 614 | -7 | 621 | -14 | 613 | -6 |
19 | 1 066 | 1 056 | 10 | 1 078 | -12 | 1 074 | -8 | 1 064 | 2 | 1 071 | -5 | 1 074 | -8 |
20 | 1 095 | 1 076 | 19 | 1 106 | -11 | 1 102 | -7 | 1 102 | -7 | 1 085 | 10 | 1 106 | -11 |
21 | 1 146 | 1 163 | -17 | 1 152 | -6 | 1 132 | 14 | 1 151 | -5 | 1 154 | -8 | 1 152 | -6 |
22 | 1 184 | 1 174 | 10 | 1 196 | -12 | 1 192 | -8 | 1 189 | -5 | 1 179 | 5 | 1 196 | -12 |
23 | 1 086 | 1 061 | 25 | 1 059 | 27 | 1 072 | 14 | 1 074 | 12 | 1 098 | -12 | 1 089 | -3 |
24 | 1 083 | 1 104 | -21 | 1 068 | 15 | 1 081 | 2 | 1 096 | -13 | 1 074 | 9 | 1 074 | 9 |
25 | 961 | 957 | 4 | 977 | -16 | 956 | 5 | 959 | 2 | 969 | -8 | 951 | 10 |
26 | 143 | 152 | -9 | 167 | -24 | 139 | 4 | 148 | -5 | 158 | -15 | 151 | -8 |
27 | 39 | 43 | -4 | 31 | 8 | 42 | -3 | 36 | 3 | 31 | 8 | 46 | -7 |
平均误差 | 14.0 | 12.5 | 8.2 | 5.9 | 10.1 | 8.9 |
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