Methodik zur 3D-Analyse der Laderaumauslastung von Transportfahrzeugen

Produktbeschreibung

Den Themenschwerpunkt der Arbeit bildet die sensorische Erfassung von 3D-Laderaumdaten mittels mehrerer Tiefenbildsensoren, um die Volumenauslastung von Transportfahrzeugen quantifizieren zu können. Die herausgearbeiteten Inhalte sind für Ingenieure, Logistiker und Wissenschaftler als besondere Wissensgrundlage anzusehen, um die unvermeidbaren Transportfahrten fortan ökonomischer und ökologischer durchführen zu können. Anhand
einer detaillierten Analyse werden die Auslastungsdefizite verdeutlicht und die ungenutzten Leistungspotenziale aufgezeigt. Aufbauend auf verschiedenen Versuchsreihen erfolgt die Systemauslegung zur Generierung der erforderlichen 3D-Laderaumdaten. Die erarbei teten Erkenntnisse werden anschließend in eine Auswertsystematik überführt und im Rahmen eines Praxisszenarios validiert. Die Arbeitsergebnisse bilden einen innovativen Beitrag, um zukünftig eine höhere Transporteffizienz zu erzielen.

Inhaltsverzeichnis
Kurzfassung ………………….. VIII
Abstract ………..IX
Abkürzungsverzeichnis ……….. X
1 Einführung ………………….. 1
1.1 Motivation und Problemstellung ……………….. 1
1.2 Zielsetzung …………… 4
1.3 Struktur der Arbeit ………………… 6
2 Darstellung des konzeptionellen Analyseumfeldes …………… 9
2.1 Leistungscharakteristik des Straßengüterverkehrs …………… 9
2.2 Transportleistung im Spannungsfeld der Nachhaltigkeit …………. 12
2.3 Bedeutung und Potenziale der digitalen Transformation……………………… 18
2.4 Eingrenzung des Untersuchungsrahmens ………………… 20
3 Theorie und Praxis zur Laderaumauslastung ……………….. 24
3.1 Analyse der Datenlage ……………………… 24
3.1.1 Datengrundlage für die Auslastungsanalyse …………………. 24
3.1.2 Zielgrößen zur Kennzahlenbestimmung ……………………… 27
3.2 Beschreibung des Laderaumprofils ………………… 29
3.2.1 Charakterisierung der Ladeobjekte ………………………… 29
3.2.2 Spezifizierung der Laderaumbeschaffenheit………………. 32
3.2.3 Eingrenzung des Belastungsprofils im Laderaum …………… 35
3.3 Entwicklungsstand und Technologieauswahl ……………… 35
3.3.1 Lösungsansätze zur Erfassung der Volumendaten …………… 36
3.3.2 Eingrenzung der 3D-Messverfahren ………………………….. 40
3.4 Spezifizierung der Arbeitsinhalte ……………………………. 44
4 Konzeptionelle Grundlagen zur Datengenerierung ………………. 46
4.1 Architektur und Funktionsweise der eingesetzten Hardware …………….. 46
4.1.1 Technischer Aufbau der Tiefenbildkamera ……………… 47
4.1.2 Messprinzip der Tiefenbildkamera …………….. 49
4.1.3 Generierung der Bilddaten ……………………….. 53
4.2 Geometrische Modellierung der Tiefenbildkamera ………………….. 55
4.2.1 Relevante Bezugssysteme und Modellparameter für den Abbildungsvorgang …. 55
4.2.2 Koordinatenüberführung in das Bezugssystem der Tiefenbildkamera ………. 59
4.2.3 Kameramodell zur projektiven Transformation…………………… 61
4.2.4 Berücksichtigung von Verzeichnungsfehlern ………….. 63
4.2.5 Bestimmung der Pixelkoordinaten ……………………. 65
4.2.6 Zusammenfassung der Modellgleichungen …………….. 67
4.3 Messgenauigkeit der Tiefenbildkamera ………….. 70
4.3.1 Genauigkeitsvergleich der intrinsischen Kameraparameter ……………. 71
4.3.2 Genauigkeitsanalyse der Tiefenwerte ………………….. 78
5 Experimentelle Untersuchungen zum Messverhalten ………… 85
5.1 Messabweichungen bei der Datengenerierung ………….. 85
5.1.1 Allgemeine Einschränkungen einer ToF-Tiefenbildkamera ………… 85
5.1.2 Einordnung der Einflussfaktoren …………………… 90
5.1.3 Eingrenzung der identifizierten und relevanten Einflussfaktoren ……………. 92
5.2 Einfluss der Temperatur …………………… 97
5.2.1 Bestimmung der einwirkenden Temperaturbereiche …………………… 97
5.2.2 Untersuchung des temperaturbezogenen Einlaufverhaltens ……………. 100
5.2.3 Untersuchung des Kameraverhaltens durch externen Temperatureinfluss …….. 104
5.3 Einfluss der Materialien ………………. 109
5.3.1 Eingrenzung der relevanten Oberflächenmaterialien ………………. 109
5.3.2 Untersuchung des materialbedingten Reflexionsverhaltens …………….. 111
5.3.3 Untersuchung des Tiefenwertes in Abhängigkeit vom Einfallswinkel ……. 115
5.4 Einfluss der Kameraanordnung …………………………….. 119
5.4.1 Kameraanordnung zur sensorischen Erfassung des Laderaums ………….. 120
5.4.2 Untersuchung der horizontalen Kameraneigung ……………… 121
5.4.3 Untersuchung der vertikalen Kameraverschiebung ………………. 125
5.5 Einfluss der mechanischen Transportbelastungen ………………. 128
5.5.1 Charakterisierung der einwirkenden mechanischen Transportbelastungen ……. 128
5.5.2 Auswirkungen der mechanischen Belastungen auf die Kameraparameter …….. 130
5.6 Gesamtbewertung der Versuchsergebnisse ……………. 132
6 Methodik zur Verarbeitung der Laderaumdaten ………. 136
6.1 Aufnahme und Vorverarbeitung der akquirierten Rohdaten …………. 136
6.1.1 Aufbau der Modellumgebung ………………. 137
6.1.2 Struktur der Rohdaten …………… 138
6.1.3 Vorverarbeitung der Ausgangsdaten ……………. 140
6.2 Ablaufschema zur Verarbeitung der Laderaumdaten …………. 142
6.2.1 Fusion der Einzelszenarien ……………. 142
6.2.2 Grobsegmentierung des Gesamtszenarios ……….. 144
6.2.3 Feinsegmentierung der Laderaumdaten …………. 146
6.2.4 Approximation des Ladegutvolumens …………. 148
6.3 Zusammenfassung der grafischen Verarbeitungskette ………………. 151
7 Experimentelle Systemerprobung …….. 152
7.1 Evaluierung der Laderaumanalyse …………………. 152
7.1.1 Ausgangsszenario zur Datengenerierung ………………. 152
7.1.2 Verarbeitung der erfassten Laderaumdaten …………… 157
7.1.3 Ergebnisanalyse …………… 160
7.2 Bestimmung einer Auswertesystematik …………………… 166
7.2.1 Aufbereitung der Laderaumdaten ………………….. 166
7.2.2 Auswertesystematik für den Parametervergleich ……………… 168
8 Schlussbetrachtung ………………. 172
8.1 Zusammenfassung und Erkenntnisgewinn ………….. 172
8.2 Ausblick und weiterer Forschungsbedarf …………. 173
Literaturverzeichnis ………………………. 177

Keywords: Digitale Transportlogistik, Straßengüterverkehr, Nachhaltigkeit, Auslastungsgrad, Volumenauslastung, Laderaumanalyse, 3D-Sensoren, Tiefenbildkamera, Messverhalten, Bewertungssystematik, Digitale Transportlogistik, Straßengüterverkehr, Nachhaltigkeit, Auslastungsgrad, Volumenauslastung, Laderaumanalyse, 3D-Sensoren, Tiefenbildkamera, Messverhalten, Bewertungssystematik