面向鋼鐵工業場景的三維點云技術研究

謝永輝 楊東海

摘? 要：隨著國家在供給側結構改革中對鋼鐵產能過剩的處理，鋼鐵企業面臨著產能整合以及智能化改造的壓力，亟需提升生產業務的自動化水平。文章以鋼鐵企業實際應用場景為基礎，結合鋼鐵工藝與三維點云處理過程，分析了某鋼鐵企業熱軋鋼卷庫采用三維點云技術實現步進梁、汽車及火車的識別與定位，有效地支持了庫內作業的無人化，證明了三維點云技術在鋼鐵工業智能化改造領域具有重要作用與廣闊應用前景。

關鍵詞：點云技術;鋼鐵工業;三維模型;工業應用;點云處理

中圖分類號：TP391.41? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）07-0142-03

Research on 3D Point Cloud Technology for Iron and Steel Industry Scene

XIE Yonghui，YANG Donghai

（CISDI Information Technology Co.，Ltd.，Chongqing? 401122，China）

Abstract：With the countrys treatment of excess capacity in the supply side structural reform，iron and steel enterprises are facing the pressure of capacity integration and intelligent transformation，so it is urgent to improve the automation level of production business. Based on the practical application scenario of an iron and steel enterprise，this paper analyzes an iron and steel enterprise by combining the iron and steel technology with the three-dimensional point cloud processing process The three-dimensional point cloud technology is used to realize the identification and positioning of walking beam，car and train in the hot rolling coil warehouse，which effectively supports the unmanned operation in the warehouse，and proves that the three-dimensional point cloud technology has an important role and broad application prospect in the field of intelligent transformation of iron and steel industry.

Keywords：point cloud technology;steel industry;3D model;industrial application;point cloud processing

0? 引? 言

在經濟全球化的不斷推動下，鋼鐵企業正在迅速從傳統工業向數字化、智能化、現代化轉型，并成為未來發展的必然趨勢。企業現代化、智能化的第一步就是應用現代信息技術，實現企業的數字化作業、運營和管理，數字化的工廠已經成為現代工業體系的重要支撐點，成為供給側結構性改革的重要抓手，成為數字經濟建設和形成全面開放格局的重要載體。

鋼鐵企業的數字化需要對典型場景進行數據采集和數據建模，如原料場、成品鋼卷庫等，目前使用較多方法的是點云技術。點云技術是一種將大量單個空間測量數據整理成數據集的方法，該數據集可以代表一個整體，每一個點數據表示底層采樣曲面上單個點的X、Y、Z方向三維坐標，當存在顏色信息時，點云變為四維數據。點云通常是使用三維激光掃描儀和激光雷達（光探測和測距）技術生成的，每個點代表一個單獨的激光掃描測量[1]，然后將這些點拼接在一起，完成場景創建，點云也可以由計算機程序手動生成。

文章對鋼鐵企業工藝及物料流轉情況進行簡單介紹，并對三維點云技術的處理過程進行詳細分析，結合某鋼鐵企業 熱軋鋼卷庫，通過實例分析鋼鐵工業典型場景三維點云建模及物料識別的效果。

1? 鋼鐵生產工藝流程

鋼鐵生產的工藝流程大致分為原料場選礦、燒結、焦化、煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼等過程，輔助系統有制氧、制氮、循環水系統、煙氣除塵及煤氣回收等[2]。

原料場用于堆存鋼鐵廠燒結車間、球團車間、焦化車間、煉鐵車間和煉鋼車間所用的鐵礦石、石灰石、煤等原料和燃料[3]，并根據需要對原料進行破碎處理及分選處理。原料場通過鐵路、公路及水路碼頭等方式將原燃料運輸到料場堆存，并通過膠帶機等設備進行上料作業。

鐵前作業區主要是為高爐煉鐵提供原料，煉鐵需要把鐵精礦制成較小的塊狀原料，鐵礦粉造塊目前主要有燒結法和球團法;焦炭是高爐冶煉的主要燃料，并在高爐冶煉中充當發熱劑和還原劑;石灰車間是將石灰石煅燒成石灰，供煉鋼作造渣劑和脫硫劑，供燒結機作熔劑。鐵前區的物流運輸主要是通過汽車運輸及膠帶機的方式進行。

煉鐵區是將含鐵原料煉成鐵水，供煉鋼車間煉成鋼，通過魚雷罐車等將鐵水運輸到煉鋼區。軋鋼區是將鐵水鍛造成鋼坯，并軋制為成品鋼材，包括線材、棒材、板坯、熱連軋帶鋼、冷連軋帶鋼等。