Устройство для проведения работ по калибровке/поверке автоматизированных систем измерения круглого леса, перевозимого автомобильным или железнодорожным транспортом

Полезная модель относится к области тестирования автоматизированных систем измерения (АСИ) (определения) объема штабелей круглого леса, погруженных на подвижной транспорт (автомобили, железнодорожные платформы),  или штабеля леса на неподвижных площадках, которые основаны на  использовании средств пассивной видеофиксации  и/или линии лазерных излучателей  по образующим сторонам штабелей леса  и торцевых сторон.
Известна система для определения объема круглых лесоматериалов (патент ПМ 14399, МПК G01N 33/46, опубликован 20.07.2000), включающая средства для размещения леса в виде железнодорожной или автомобильной платформы, трюма судна, лесо-накопителя или любой другой стационарной сцены, средство для регистрации анализируемого объекта в виде одной или более идентичных фото- или видеокамер, ориентированных для съемки торцевых сторон бревен, при необходимости снабженное осветителями, средство управления и контроля, выполненное в виде рабочего места оператора, оснащенного компьютером с дисплеем, сопряженным с камерами и с установленным на нем программным обеспечением, позволяющим рассчитать объем штабелей круглого  леса, оценить качество и породный состав древесины, сформировать массивы информации для последующего учета и контроля (Системы измерения Фотоскан, АСИ 3D  поверхностных моделей).
Недостаток состоит в том, что при получении изображения торцов штабелей бревен и при приведении их  к одной плоскости маркеров не учитывается то, что объект  объемный (в трехмерном пространстве)  и идентифицируется в  координатах  X,Y,Z. При расчете объема штабеля бревен не учитывались искажения от  конструктивных  особенностей   оптической системы камер, при которых предметы одного размера расположенные ближе отображаются больших размеров  и наоборот, если они расположены дальше от точки съемки, то они на кадре отображаются меньших размеров.
3
Известен автоматизированный фотограмметрический метод  измерения объема штабелей лесного сырья, погруженного на платформу авто-лесовоза (Фотоскан-авто). Для расчета геометрических параметров штабеля бревен используются   контурные  линии, имитирующие  модель  (условные сечения) по внешним сторонам штабеля бревен на автомобиле движущегося со скоростью 4,5-5,5 км/час через плоскость условного сечения, полученную 2D сканирующими датчиками, размещенными на специальной арочной конструкции по трем плоскостям штабеля.  Объем  древесины в штабеле рассчитывается как  произведение  значений  В*Н*L*Ку,  где: B - размер ширины штабеля; H - размер высоты штабеля; L - размер длины штабеля; Ку - коэффициент  укладки бревен в штабеле, позволяющий получить объем древесины в плотных м, при этом  L - длина штабеля вычисляется из скорости движения лесовоза.
При расчете объема штабеля бревен не учитываются искажения от  конструктивных  особенностей   оптической системы камер. В случаях, когда торцы  или боковые стороны штабелей бревен совпадают с осевой  линией видеокамеры или средством  фотофиксации,  можно получить достоверные числовые данные.   На практике соблюсти это условие практически не возможно.
Результаты измерений  указанными методами  не будут соответствовать объективным результатам, если не учитывать  пространственное распределение объекта измерения.
Известен способ калибровки системы панорамирования-наклона-Зума (PTZ) камеры (https://patents.google.com/patent/US8405720B2/en?oq=US8405720), содержащей PTZ-камеру, включающий выполнение следующих этапов: определение радиального искажения PTZ-камеры; определение базового фокусного расстояния PTZ-камеры; определение профиля масштабирования и увеличения PTZ-камеры; определение задержки срабатывания системы PTZ-камер; определение скорости режима панорамирования и скорости режима наклона PTZ-камеры; определение профиля скорости панорамирования и профиля скорости наклона PTZ-камеры; определение профиля положения зума и профиля длительности Зума PTZ-камеры; определение задержки запроса системы PTZ-камер; и определение минимального интервала запроса системы PTZ-камер.
Применение данного изобретения не относится к области АСИ лесного сырья.
Наиболее близким аналогом является комплекс средств для внутренней и внешней калибровки системы измерения, входящий в фотограмметрическое средство измерений объемов круглых лесоматериалов на автомобилях (патент RU 96254, МПК G01N 33/46, опубл. 20.07.2010), которое содержит установленную над участком дороги стационарную каркасную конструкцию с закрепленными на ней опознаками (термин из Гост Р 51833-2001), пространственные координаты которых известны, калибровочный распределенный объект,  в комплексе  представляющие тест-объект.
Система для тестирования и калибровки является частью стационарной АСИ, не отделима от нее и не может быть использована для колибровки/поверки систем Фотоскан-авто.  Недостатком является сложность применения и  отсутствие мобильности.
Задачей полезной модели является создание устройства для тестирования, проведения работ по калибровке и поверке автоматизированных систем измерения штабелей круглого леса, находящихся на платформе подвижного транспортного средства.
Техническим результатом полезной модели является расширение арсенала мобильных устройств для проведения работ по настройке, калибровке, проверке и поверке автоматизированных систем измерения круглого леса, перевозимого автомобильным или железнодорожным транспортом и возможность применения устройства как для АСИ со стационарной фиксацией объекта, так и для АСИ, обеспечивающей измерение объема лесоматериалов при движущемся транспортном средстве. Устройство обладает универсализацией, мобильностью и упрощает процесс работ по калибровке/поверке АСИ как автомобильных так и железнодорожных средств  перемещения древесного сырья.
Технический результат достигается тем, что устройство для проведения работ по калибровке/поверке автоматизированных систем измерения круглого леса, перевозимого автомобильным  или железнодорожным транспортом, содержащее тест-объект, согласно полезной модели, тест-объект выполнен в виде каркасной конструкции [1]  со стойками  [4] на которой  размещены и зафиксированы вдоль стоек макеты бревен круглого леса [6] одинаковых размеров по длине и  диаметрам, которые образуют в сборе макет, имитирующий  реальную форму  штабеля  из  бревен круглого леса с заданным пространственным распределением по объему  в осях  Х,Y,Z (6), при этом тест-объект жестко закреплен на металлической раме  или платформе  [2], которая снабжена двумя колесными парами  [3], соединенными с рамой (платформой) и имеет сцепное устройство  [5]  для буксировки тест-объекта. Макет каждого отдельно взятого бревна текстурирован специальной краской,  имитирующей корьевое покрытие. Устройство имеет два талрепа, установленные на взаимно-перпендикулярных конструктивах каркаса  для регулировки параллельности и перпендикулярности  осей.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг.1 представлена конструктивная схема устройства. На фиг. 2 приведена алгоритмическая схема проведения работ с тест-объектом.
Предлагаемое устройство содержит (фиг.1):
механическую каркасную конструкцию [1], жестко закрепленную на металлической раме или платформе [2];
две колесные пары [3], соединенные с металлической рамой или платформой;
стойки каркаса   [4] для размещения и крепления  макетов бревен;
универсальное сцепное устройство  [5]  для буксировки тест-объекта  через  измерительную зону  системы;
макеты бревен круглого леса [6], закрепленные в каркасе из стоек [4].
Устройство снабжено двумя талрепами, размещенными на взаимно-перпендикулярных конструктивах каркаса макета штабеля для регулировки параллельности и перпендикулярности осей (на чертеже не показано).
В сборе тест-объект имеет каркасную конструкцию [1]  со стойками  [4] на которой  размещены и зафиксированы вдоль стоек макеты бревен круглого леса [6] одинаковых размеров по длине и  диаметрам, и которые образуют в сборе макет, имитирующий  реальную форму  штабеля  из  бревен круглого леса(6) с заданным пространственным распределением  по объему  в осях  Х,Y,Z. Макет каждого отдельно взятого  бревна  текстурирован специальной краской,  имитирующей корьевое покрытие.
Для того чтобы учесть в математической модели зависимость от расстояния и углов фотовидеофиксации относительно осевой линии в пространственных координатах Х,Y,Z  необходимо  настраивать, калибровать систему измерения именно в трехмерном пространственном объеме,  используя  объекты с заведомо известными (действительными) размерами и легко воспроизводимыми при помощи поверенных средств измерения. Разработанный автором тест-объект предназначен для проведения процедур настройки, калибровки, проверки и поверки автоматизированных систем измерения параметров бревен круглого леса, уложенного в штабеля на подвижном   транспорте. Тест-объект в виде макета штабеля имеет известные размеры и известные рассчитанные параметры, полученные с помощью поверенных средств измерения.
Работа устройства с тест-объектом по настройке, калибровке и проверке автоматизированных систем измерения осуществляется следующим образом.
В исходном состоянии тест-объект  укрыт специальным тентом  и  размещается  в  помещении, (гараже)  предотвращающем воздействие  атмосферных осадков и воздействия механических повреждений.
Работы по настройке, калибровке и проверке АСИ подразделяются на 2 этапа (фиг. 2):
подготовительный  этап  для  определения  параметров  соответствия применения;
этап контрольных  проверок  АСИ с использованием тест-объекта.
Подготовительный этап  включает в себя  транспортировку тест-объекта из места хранения транспортным средством за универсальное прицепное устройство  [5]  на площадку системы измерения для предстоящей проверки  и  остановку для проведения процедур применимости тест-объекта. Производится снятие действительных  показателей размеров макетов бревен [6]  в соответствии с разделом 7 Методики 81042807-28.99.39.190-041.МК.02-M. По окончании работ по замерам действительных значений размеров бревен [6] и фиксации  в таблице действительных значений (X,Y,Z), приступают к этапу  контрольных проверок и настраивания АСИ.
Для АСИ Фотоскан-Авто и Фотоскан контрольные проверки  тест - объектом  осуществляют, по меньшей мере, 10 раз. Для АСИ Фотоскан-Авто осуществляют перемещение тест-объекта со скоростью 4,5-5,5 км/час транспортным средством за прицепное устройство [5]  через измерительную зону системы, согласно 81042807-28.99.39.190-041.РЭ.02-M. Параметры каждого измерения (Xn,Yn,Zn, где n=1,2…10) полученные с помощью программного обеспечения АСИ фиксируют в таблице. По окончании, минимум 10  циклов измерения, рассчитанные с помощью программного обеспечения по изображениям фото/видео съемки,  сравнивают с действительными размерами, устанавливают отклонения. При необходимости осуществляют внутреннюю и внешнюю калибровку, корректировку программного обеспечения и осуществляют циклическое тестирование повторно. При отсутствии отклонений рассчитываемых параметров (Xn,Yn,Zn), выходящих за пределы установленного доверительного интервала, от действительных значений (X,Y,Z) свидетельствуют о поверке АСИ  автоматизированной системы измерения штабеля круглого леса.
Применение разработанной конструкции тест-объекта,  выполненного как  пространственный объект в осях  X,Y,Z и заведомо доступно  воспроизводимыми действительными значениями параметров макетов круглых бревен и макета штабеля в целом, позволяет осуществлять настройку и проверку системы, внутреннюю калибровку, в том числе,  программного обеспечения системы измерения, внешнюю калибровку путем устранения  специфических оптических  отклонений фото- и видеофиксации и обеспечить поверку АСИ - освидетельствование достоверных значений размеров   реальных бревен круглого леса и штабелей в целом, погруженных и перевозимых  автомобильным или железнодорожным транспортом.
Полученные результаты подтверждаются комиссионными актами проводимых проверок Систем измерения на лесопромышленных предприятиях.