一种基于激光雷达定位的喷雾除尘方法及系统与流程

技术特征：
1.一种基于激光雷达定位的喷雾除尘方法，其特征在于，在待除尘空域内布设一台喷雾机与一台激光雷达，喷雾机、激光雷达均具有方位、俯仰的行程，且喷雾机喷雾区域与激光雷达扫描区域覆盖待治理空域；所述喷雾除尘方法包括如下步骤：步骤1，建立激光雷达旋转轴与俯仰轴交点为原点的第一坐标系，并基于第一坐标系构建激光回波信息与空域粉尘浓度相匹配的激光回波信息样本库；步骤2，建立喷雾机旋转轴与俯仰轴交点为原点的第二坐标系，根据喷雾机的旋转、俯仰运动的方位角、俯仰角极限，以及喷雾机在不同方位角、俯仰角位置时的喷射雾场区域，确定整个喷雾机的可喷射三维雾场空间；步骤3，基于第一坐标系，求解喷雾机的可喷射三维雾场空间在第一坐标系中的空域分布，和以第一坐标系原点为顶点的可喷射三维雾场覆盖空域的包络锥面，以及激光扫描雾场覆盖空域的方位角、俯仰角极限；步骤4，激光雷达在方位角、俯仰角极限范围内，旋转轴、俯仰轴联合运动，使激光光轴扫描可喷射三维雾场覆盖空域，根据激光散射回波的时间与强度信息，建立基于第一坐标系的激光扫描空域的粉尘分布；步骤5，将基于第一坐标系的激光扫描的空域粉尘分布转换为基于第二坐标系的空域粉尘分布；步骤6，在喷雾机方位角、俯仰角极限范围内，旋转、俯仰喷雾机，在粉尘分布空域的顶层，从左至右，或从右至左，进行喷雾机喷射雾场扫描；步骤7，经过预设时段后，重复步骤4-步骤6。2.根据权利要求1所述的基于激光雷达定位的喷雾除尘方法，其特征在于，步骤1中，所述激光回波信息样本库的建立过程为：步骤1.1，在不同光照条件下，在待治理空域不同点位，采用不同物质成分、不同颗粒大小的标准粉末，通过粉尘发生器，产生不同浓度的空域粉尘，并通过粉尘监测仪获得精确浓度值；步骤1.2，通过激光照射步骤1.1中产生的空域粉尘，采集激光散射回波的时间与强度信息，建立激光回波信息样本库。3.根据权利要求1所述的基于激光雷达定位的喷雾除尘方法，其特征在于，步骤2的过程为：步骤2.1，建立以喷雾机旋转轴与俯仰轴交点为原点，喷雾机俯仰轴、旋转轴、喷雾筒中心为坐标轴的第二坐标系；步骤2.2，采用仿真分析和/或实物试验的方法，使喷雾机处于最小方位角位置，并使喷雾机从最小俯仰角到最大俯仰角进行俯仰运动，确定喷雾机的雾场覆盖区域；步骤2.3，使喷雾机方位角增加，并使喷雾机从最小俯仰角到最大俯仰角进行俯仰运动，确定喷雾机的雾场覆盖区域的增量，完成喷雾机的雾场覆盖区域更新；步骤2.4，重复步骤2.3直至喷雾机处于最大方位角位置，并输出最后更新的喷雾机的雾场覆盖区域；步骤2.5，求解步骤2.4所输出喷雾机的雾场覆盖区域的极小包络几何体，建立基于第二坐标系的喷雾机雾场极小包络几何体的数字化模型，即得到整个喷雾机的可喷射三维雾
场空间。4.根据权利要求3所述的基于激光雷达定位的喷雾除尘方法，其特征在于，步骤2.5中，采用长方体包络喷雾机的雾场覆盖区域，并采用计算或仿真或优化求得极小包络长方体。5.根据权利要求3所述的基于激光雷达定位的喷雾除尘方法，其特征在于，步骤3的过程为：步骤3.1，将第二坐标系中的喷雾机雾场极小包络几何体的数字化模型变换为第一坐标系中的喷雾机雾场极小包络几何体的数字化模型；步骤3.2，基于第一坐标系，求解基于第一坐标系原点的第一坐标系下喷雾机雾场极小包络几何体的数字化模型的最小包络锥面；步骤3.3，基于第一坐标系，找到一条过第一坐标系原点，并在最小包络锥面内部的直线，在该直线上任取一点，过该点作垂直于该直线的平面，获得该平面与最小包络锥面的相交轮廓线，该轮廓线的封闭区域即激光雷达光轴的扫描区域；步骤3.4，基于第一坐标系的极坐标系，根据步骤3.3中的相交轮廓线，即能得到激光光轴能够扫描到轮廓线的激光雷达的方位角、俯仰角极限。6.根据权利要求5所述的基于激光雷达定位的喷雾除尘方法，其特征在于，步骤3.3中，所述直线具体为过最小包络锥面的锥顶与喷雾机喷口中心点的直线。7.根据权利要求5所述的基于激光雷达定位的喷雾除尘方法，其特征在于，步骤4的具体过程为：步骤4.1，在激光雷达方位角、俯仰角极限范围内，驱动激光雷达旋转轴、俯仰轴联合运动，使激光光轴呈“z”字形或环绕型扫描步骤3.3中相交轮廓线的封闭区域；步骤4.2，根据激光散射回波的时间与强度信息，对比步骤1中建立的激光回波信息样本库，以及基于激光回波信息样本库进行插值计算，建立基于第一坐标系的激光扫描空域的粉尘分布。8.根据权利要求3所述的基于激光雷达定位的喷雾除尘方法，其特征在于，步骤6的具体过程为：步骤6.1，基于第二坐标系，采用计算或仿真或优化，调整喷雾机的方位角、俯仰角，当喷雾机雾场在水平面上投影的最左侧边界刚好包含空域粉尘分布数字化模型在水平面上投影的最左侧边界时，确定出喷雾机的喷雾机方位角、俯仰角，作为喷雾机第一次扫射运动起始位置；步骤6.2，基于第二坐标系，通过计算或仿真或优化，调整喷雾机的方位角、俯仰角，使喷雾机雾场在水平面上投影的最右侧边界刚好包含空域粉尘分布数字化模型在水平面上投影的最右侧边界时，得到喷雾机极坐标系下的喷雾机第一次扫射运动终止位置：方位角、俯仰角；步骤6.3，基于第二坐标系的极坐标系，以过垂直坐标轴的平面从方位角开始，每次增加，对空域粉尘分布数字化模型进行切片，得到粉尘上部的一系列分布曲线；步骤6.4，当过原点的喷雾机雾场中间垂直平面与雾场相交的上表面喷雾迹线刚好覆盖步骤6.3中每次增加得到粉尘上部的一系列分布曲线，得到第二极坐标系下的喷雾机方位角、、、
…
、，俯仰角、、、
…
、；
步骤6.5，控制喷雾机从起始位置：方位角
10
、俯仰角
10
开始喷雾，然后控制喷雾机依次按照（
11
、
11
）、（
12
、
12
）、（
13
、
13
）、
……
、（
1e
、
1e
），依次运动，使喷雾机雾场精准覆盖粉尘。9.根据权利要求8所述的基于激光雷达定位的喷雾除尘方法，其特征在于，步骤6.5中，喷雾机按照俯仰角
11
、
12
、
13
、
…
、作俯仰运动过程中，采用s形加减速平滑控制。10.一种基于激光雷达定位的喷雾除尘系统，其特征在于，包括：喷雾机，包括至少旋转、俯仰两自由度的转动，可以进行远射程喷雾；激光雷达，包括至少旋转、俯仰两自由度的转动，用于对喷雾机雾场覆盖范围内的粉尘及粉尘排放信息进行采集；智能控制器，对激光雷达采集的空域粉尘信息进行处理，并控制喷雾机进行喷雾降尘，即进行权利要求1至9中任一项所述的基于激光雷达定位的喷雾除尘方法的部分或全部步骤。

技术总结
本发明公开了一种基于激光雷达定位的喷雾除尘方法及系统，该方法包括：构建激光回波信息样本库；确定整个喷雾机的可喷射三维雾场空间；求解喷雾机的可喷射三维雾场空间的包络锥面，以及激光扫描雾场覆盖空域的方位角、俯仰角极限；建立激光扫描空域的粉尘分布，并在喷雾机方位角、俯仰角极限范围内，旋转、俯仰喷雾机，在粉尘分布空域的顶层，从左至右，或从右至左，进行喷雾机喷射雾场扫描；并以预设时段为间隔循环进行喷雾机喷射雾场扫描操作。本发明应用于除尘领域，利用激光雷达对喷雾机的可喷射三维雾场空间进行扫描，并将扫描结果与激光回波信息样本库匹配，得到喷雾机的可喷射三维雾场空间内的粉尘分布情况，最后利用喷雾机进行定点除尘。进行定点除尘。进行定点除尘。


技术研发人员：龚京忠 刘黎明 杨刘思瑜 王振星 张浩
受保护的技术使用者：湖南九九智能环保股份有限公司
技术研发日：2022.10.24
技术公布日：2022/11/18