Современные методы контроля объемов

В этой статье мы рассмотрим основные методы контроля объемов, которые уже сейчас применяются на различных отечественных предприятиях. Мы поговорим о наземном 3D-сканировании и мобильном SLAM-сканировании. 

Рассмотрим возможности лидарных рамок для определения объема в кузове автомобиля, в железнодорожном вагоне и на ленте конвейера. 

Поговорим о радарных дистанционных уровнемерах для контроля уровня внутри различных резервуаров и емкостей. 

Рассмотрим способ контроля объемов на складах закрытого типа в режиме онлайн по данным с камер (с использованием вэб-платформ и специализированного фотограмметрического программного обеспечения). 

Также мы рассмотрим возможности наземной и воздушной фотограмметрии для контроля объемов.

Кроме того, уделим внимание и более привычным геодезическим методам контроля при помощи тахеометров и ГНСС RTK-роверов.

Отдельного внимания заслуживают различные полевые и офисные программы для расчета объемов, но в этой статье мы не будем их подробно рассматривать. 


Эталонным методом контроля объема сыпучих материалов на протяжении многих лет остается лазерное 3D сканирование. За последние несколько лет, стала набирать популярность технология, которая не только существенно снизила стоимость работ по сканированию, но добавила мобильности при сборе данных. Это технология называется slam. 

Для внедрения лазерного 3D сканирования в процесс контроля объёмов в первую очередь нужно определиться с сенсором, который будет непосредственно собирать данные.
Это могут быть высокоточные и дальнобойные стационарные модели, так как сканеры Leica P серии или модель GLS1000 от Amtech. Они позволяют получать облака точек с высокой плотностью и точностью на расстояниях более 1 км. 

Если такие дальности не нужны, но все таки требуется высокая точность и плотность можно рассмотреть модели стационарного сканера Leica RTC360.
Если же вас интересует мобильность, компактность и ценовая доступность при сканировании имеет смысл расммотреть slam сканеры. Есть не дорогие решения в пределах 1,5 млн руб, позволяющие получать облака точек на расстоянии до 40 м с точностью около 1 см. Полноценный slam позволит получать облака на расстоянии до 100 метров (правда плотность точек будет небольшая на таком расстоянии). 


Разница между стационарным и slam сканером состоит в том, что стационарный сканер в процессе сканирования установлен на неподвижном штативе, в то время как slam можно переносить в руке или закрепленным на груди или рюкзаке. Стационарные сканеры как правило точнее slam-сканеров.  
При slam сканировании инженер видит на экране смартфона получающееся облако точек и трек своего движения, что позволяет визуально контролировать корректность процесса сбора данных.

Но какой бы сканеры вы не выбрали, в любом случае технологический процесс подсчета объемов по данным сканирования будет включать в себя предварительную обработку:

• чистка облаков от шумов
• удаление лишних объектов, неизбежно захватываемых при сканировании
• редактирование точек стояния и привязка по контрольным точкам

Только после выполнения этой подготовительной работы вы сможете приступить к расчету объемов по облаку точек. 



В любом случае наземное лазерное сканирование требует наличия квалифицированного инженера, который будет способен работать со сканером в поле, а также обрабатывать собранные данные в специальном программном обеспечении.
Технология автоматического расчёта объема не требует наличия специального персонала на объекте. 

Здесь контроль выполняется при помощи веб-платформы, нескольких лидаров, видео камер, светофоров и RFID меток.
Возможно изменение несущих конструкций под условия объекта. Возможна мобильная установка на автомобили Газель или прицеп. В итоге мы имеем прозрачную систему учета поступающего сырья, обеспечивающую получение фото и видео информации по виду и качественным характеристикам груза при проведении измерений. Создается архив по измеренному объему груза с привязкой к дате и времени измерения, номеру автомобиля, а также к характеру груза. Относительная погрешность измерений подобной системой не превышает 3% от измеряемого объема.

Следующий способ контроля за объемами в режиме реального времени особенно актуален для закрытых складов, но также может быть использован и для мониторинга объемов кузовов и вагонов.
В этом способе измерения происходят по данным фотограмметрии с видео камер.

Этот метод хорош своей масштабируемостью и возможностью задействовать от 1 до 64 камер одновременно, а также возможностью автоматичики исключать из расчетов постоянное попадание техники в поле зрения камер на объекте. Система имеет возможность разделения всего склада на отдельные участки, по которым будут вестись измерения. Точность этого метода также не хуже 3% от измеряемого объема.
 

Все, кто следит за геодезическими решениями, знают, что уже давно появились GNSS-роверы со встроенными камерами. Эти устройства позволяют выполнять наземную фотограмметрию, что значительно упрощает процесс определения объемов. Вместо того чтобы физически измерять каждую точку с помощью GPS, можно оперативно и точно получать облака точек по фотографиям. На основе этих данных можно строить модели и рассчитывать объемы.

 

Фотограмметрия и дроны. Наземная фотограмметрия позволяет по фотографиям, которые мы получаем с земли, если известно местоположение этих фотографий и их координаты, рассчитывать координаты и в конечном счёте получать объёмы.

Стоит рассмотреть два варианта, как можно использовать фотограмметрию. Есть готовые решения, а также можно просто купить, к примеру, на Ozon камеру и использовать недорогие софты (кто-то даже использует ломаные софты, их много); и это, наверное, одно из самых бюджетных решений для подсчёта объёмов: ты покупаешь какую-то недорогую камеру, даже, может быть, не профессиональную, а любительскую, и используешь ломаный софт, получаешь объёмы.

Но есть другой подход к наземной фотограмметрии. Например, на фото ниже изображено новое решение для фотограмметрии, которое использует камеру вашего смартфона, встроенное GNSS RTK устройство и веб-платиформу для автоматической обработки данных. 

Это решение интересно, и оно отличается от того, что вы сами бы купили какую-то свою камеру, сами бы её использовали, тем, что здесь вам не нужно быть геодезистом, вам не нужно быть фотограмметристом, вам не нужно иметь какой-то специальный опыт для получения готового результата. 

Процесс работы очень прост: вы проходите вдоль интересующего вас объекта со своим смартфоном и с этим устройством. Это устройство позволяет с высокой точностью определять своё местоположение, с точностью RTK, и в итоге получать готовые трёхмерные модели и облака точек на веб-платформе. 

Если вы хотите самостоятельно разобраться во всем этом, вам нужно выбрать одну из доступных камер и программное обеспечение для обработки фотограмметрии, например, российскую программу Agisoft Metashape. В этой программе вы будете обрабатывать фотограмметрию, очищать данные от шума и лишней информации, отделять точки земли от нужных вам данных. В Agisoft Metashape вы также можете рассчитывать объемы, не прибегая к сторонним программам. Это, вероятно, самое дешевое и доступное решение из всех, которые мы сегодня рассматриваем.

Воздушная фотограмметрия. Те же самые принципы: зная координаты каждого снимка, программы позволяют определять координаты объектов, позволяют получать плотные облака точек в трёхмерном пространстве и строить по ним цифровые модели рельефа, по ним уже можно определять объёмы. Но опять-таки, для этого требуется фотограмметрическое ПO (одна из таких программ, наверное самая популярная, – Agisoft Metashape).

 Для того чтобы выполнить фотографирование с беспилотника, необходимо задать ему пилотное задание, где он полетит, на какой высоте он полетит, с какой скоростью он будет летать.

В результате таких полётов мы получаем объёмы, эти объёмы можно экспортировать в Excel. Также можно сделать систему, что беспилотники будут постоянно летать, например, над вашим конкретным объектом и в режиме реального времени, даже ежедневно или еженедельно, контролировать происходящие изменения объёма на объекте.

Каждый сенсор, сканер, фотограмметрический инструмент или тахеометр, лидар записывает данные во внутреннюю память. Объем данных со сканера часто составляет множество гигабайт, даже для небольших объектов. Если использовать сканер ежедневно, на обычном компьютере может не хватить места для хранения таких объемов данных. Поэтому стоит рассмотреть облачные технологии. Они позволяют не только хранить большие объемы сырых данных, но и выполнять автоматическую обработку. Как я уже упоминал на примере фотограмметрии, облачные решения не требуют мощного компьютера и специальных навыков. Они позволяют визуализировать облака точек, делиться ими с коллегами и обмениваться результатами расчетов объемов. Также можно управлять проектами и назначать задачи.

Главное преимущество облачных технологий в том, что их можно реализовать на сервере предприятия или использовать сторонние серверы (SaaS), если это позволяет политика компании.

Преимущества использования облачных технологий: 

А теперь поговорим о стоимости рассмотренных выше решений. 

Радарные уровнемеры для контроля уровня в различных танкерах: цена от 250 до 450 тыс. руб. в зависимости от типа уровнемера и того, что нужно контролировать – жидкости или сухие вещества.

Тахеометры: самые дешевые ручные тахеометры стоят от 250 тыс. руб. Инженерные тахеометры для контроля объемов можно найти в диапазоне до 1,5 млн руб.

Воздушная фотограмметрия: решения варьируются от 500 тыс. руб. (самое простое) до 2 млн руб. (профессиональный уровень).

Лазерные сканеры с ПО для получения объемов: от 1,8 млн руб. за компактный ручной сканер с дальностью до 40 метров и точностью до 1 см, до 20 млн руб. за топовые модели от Leica Geosystems P-серии.

Лидарные рамки для контроля в самосвалах или ж/д вагонах: цена от 4,5 до 6 млн руб. в зависимости от условий эксплуатации (температурные характеристики).

Системы на основе камер: от 4,5 млн руб. за одну точку контроля (типа рамки). Для склада площадью 2000 кв. м готовое решение будет стоить от 10 млн руб.

Понравилась наша статья? Делитесь отзывами и комментариями ниже. 

Читайте другие статьи блога НГК по ссылке.