面向钢铁工业场景的三维点云技术研究

谢永辉 杨东海

摘  要：随着国家在供给侧结构改革中对钢铁产能过剩的处理，钢铁企业面临着产能整合以及智能化改造的压力，亟需提升生产业务的自动化水平。文章以钢铁企业实际应用场景为基础，结合钢铁工艺与三维点云处理过程，分析了某钢铁企业热轧钢卷库采用三维点云技术实现步进梁、汽车及火车的识别与定位，有效地支持了库内作业的无人化，证明了三维点云技术在钢铁工业智能化改造领域具有重要作用与广阔应用前景。

关键词：点云技术;钢铁工业;三维模型;工业应用;点云处理

中图分类号：TP391.41       文獻标识码：A 文章编号：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

在经济全球化的不断推动下，钢铁企业正在迅速从传统工业向数字化、智能化、现代化转型，并成为未来发展的必然趋势。企业现代化、智能化的第一步就是应用现代信息技术，实现企业的数字化作业、运营和管理，数字化的工厂已经成为现代工业体系的重要支撑点，成为供给侧结构性改革的重要抓手，成为数字经济建设和形成全面开放格局的重要载体。

钢铁企业的数字化需要对典型场景进行数据采集和数据建模，如原料场、成品钢卷库等，目前使用较多方法的是点云技术。点云技术是一种将大量单个空间测量数据整理成数据集的方法，该数据集可以代表一个整体，每一个点数据表示底层采样曲面上单个点的X、Y、Z方向三维坐标，当存在颜色信息时，点云变为四维数据。点云通常是使用三维激光扫描仪和激光雷达（光探测和测距）技术生成的，每个点代表一个单独的激光扫描测量[1]，然后将这些点拼接在一起，完成场景创建，点云也可以由计算机程序手动生成。

文章对钢铁企业工艺及物料流转情况进行简单介绍，并对三维点云技术的处理过程进行详细分析，结合某钢铁企业 热轧钢卷库，通过实例分析钢铁工业典型场景三维点云建模及物料识别的效果。

1  钢铁生产工艺流程

钢铁生产的工艺流程大致分为原料场选矿、烧结、焦化、炼铁、炼钢、连铸、轧钢等过程，辅助系统有制氧、制氮、循环水系统、烟气除尘及煤气回收等[2]。

原料场用于堆存钢铁厂烧结车间、球团车间、焦化车间、炼铁车间和炼钢车间所用的铁矿石、石灰石、煤等原料和燃料[3]，并根据需要对原料进行破碎处理及分选处理。原料场通过铁路、公路及水路码头等方式将原燃料运输到料场堆存，并通过胶带机等设备进行上料作业。

铁前作业区主要是为高炉炼铁提供原料，炼铁需要把铁精矿制成较小的块状原料，铁矿粉造块目前主要有烧结法和球团法;焦炭是高炉冶炼的主要燃料，并在高炉冶炼中充当发热剂和还原剂;石灰车间是将石灰石煅烧成石灰，供炼钢作造渣剂和脱硫剂，供烧结机作熔剂。铁前区的物流运输主要是通过汽车运输及胶带机的方式进行。

炼铁区是将含铁原料炼成铁水，供炼钢车间炼成钢，通过鱼雷罐车等将铁水运输到炼钢区。轧钢区是将铁水锻造成钢坯，并轧制为成品钢材，包括线材、棒材、板坯、热连轧带钢、冷连轧带钢等。