1、概述

現(xiàn)場(chǎng)煤倉(cāng)集煤炭倉(cāng)儲(chǔ)及煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)功能為一體，設(shè)計(jì)容量為10萬(wàn)噸。本方案在現(xiàn)有煤倉(cāng)設(shè)備整體布局的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)對(duì)煤倉(cāng)內(nèi)部信息進(jìn)行激光掃描，結(jié)合后臺(tái)數(shù)據(jù)的智能分析處理建立封閉煤倉(cāng)數(shù)字化智能盤(pán)點(diǎn)系統(tǒng)。

現(xiàn)場(chǎng)為條型封閉煤倉(cāng)，倉(cāng)內(nèi)形狀不規(guī)則，在煤棚頂部沿兩條帶式輸送機(jī)中間中心線水平方向布置三套激光掃描儀。

圖 1 封閉煤倉(cāng)固定式安裝方案示意圖

封閉煤倉(cāng)固定式三維激光掃描儀安裝方案主要包含動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)、中央控制站兩部分?？蓪?shí)現(xiàn)的功能如下：

1）動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)能夠自動(dòng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)獲取煤場(chǎng)表面三維坐標(biāo)，可在1分鐘內(nèi)完成掃描數(shù)據(jù)的計(jì)算、融合、生成整個(gè)條形煤倉(cāng)統(tǒng)一的三維模型。數(shù)據(jù)融合統(tǒng)一坐標(biāo)系和統(tǒng)一時(shí)空，三維模型逼真。

2）軟件采用精細(xì)構(gòu)網(wǎng)算法，將所有斷面上的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)重新構(gòu)建三角網(wǎng)，也就是相鄰的兩個(gè)斷面之間被分成許多小三角形，再對(duì)每個(gè)三角形進(jìn)行積分計(jì)算出總體積。掃描單元進(jìn)入下一個(gè)掃描周期時(shí)，能夠只對(duì)煤場(chǎng)變化部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)更新，更新完后的數(shù)據(jù)需變化三維模型時(shí)間標(biāo)簽。測(cè)量相對(duì)精度達(dá)到0.5%。

3）三維煤場(chǎng)動(dòng)態(tài)測(cè)控系統(tǒng)軟件能夠根據(jù)來(lái)煤特性，按照一定的規(guī)劃原則將煤場(chǎng)進(jìn)行規(guī)劃并建立統(tǒng)一的坐標(biāo)系，掃描出的三維模型能夠根據(jù)規(guī)劃原則自動(dòng)計(jì)算出每個(gè)分區(qū)內(nèi)的儲(chǔ)煤量。能夠?qū)崟r(shí)將煤場(chǎng)儲(chǔ)煤情況通過(guò)掃描三維圖形實(shí)時(shí)展現(xiàn)，三維圖形能夠支持旋轉(zhuǎn)、縮放、平移等操作。

1、系統(tǒng)內(nèi)容及功能

2、動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)方案

根據(jù)煤場(chǎng)的實(shí)際情況，動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)由安裝在倉(cāng)頂部的3套三維激光掃描儀及其他設(shè)備組成，在煤棚頂部布置三套激光掃描儀，每套激光掃描儀在混凝土樓板上開(kāi)圓形孔洞，施工時(shí)根據(jù)頂板結(jié)構(gòu)，圓形孔洞錯(cuò)開(kāi)下方支撐梁柱，同時(shí)孔洞大小合適，不會(huì)影響上方設(shè)備承重。考慮到倉(cāng)內(nèi)粉塵環(huán)境，本方案設(shè)置激光防塵罩，工作時(shí)防塵罩前端自動(dòng)打開(kāi)，進(jìn)行激光掃描，盤(pán)沒(méi)結(jié)束時(shí)關(guān)閉防塵罩，此方案可有效延長(zhǎng)激光鏡面因粉塵堆積造成的維護(hù)保養(yǎng)周期。

分布在煤倉(cāng)頂部的3套激光掃描系統(tǒng)通過(guò)就地控制設(shè)備，并通過(guò)光纖與遠(yuǎn)端機(jī)房服務(wù)器進(jìn)行連接，可實(shí)現(xiàn)就地及遠(yuǎn)程的測(cè)量。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)的全部測(cè)量點(diǎn)，可根據(jù)設(shè)定的周期進(jìn)行掃描更新，或作業(yè)完成后自動(dòng)觸發(fā)掃描更新，掃描更新的點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過(guò)光纖自行傳輸回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，并完成煤場(chǎng)數(shù)據(jù)分析、量算和三維煤場(chǎng)更新。

3、動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)融合方法

各掃描儀采集到的有效數(shù)據(jù)為煤場(chǎng)部分范圍，這些數(shù)據(jù)需進(jìn)行融合構(gòu)建統(tǒng)一的三維模型。數(shù)據(jù)融合示例如下。
通過(guò)3臺(tái)不同點(diǎn)位安裝的掃描儀對(duì)一已知體積的煤堆進(jìn)行掃描，各自掃描數(shù)據(jù)計(jì)算建模后如下：

3個(gè)數(shù)據(jù)合并后三維圖形如下：

三維煤場(chǎng)動(dòng)態(tài)測(cè)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合必須實(shí)現(xiàn)如下方面：

1）時(shí)空統(tǒng)一

通過(guò)對(duì)煤倉(cāng)的空倉(cāng)進(jìn)行掃描建立系統(tǒng)的空間基準(zhǔn)。通過(guò)基礎(chǔ)位置測(cè)量確定每臺(tái)固定安裝的激光掃描儀空間位置，建立煤場(chǎng)范圍三維數(shù)據(jù)控制網(wǎng)。通過(guò)高精度的時(shí)間與空間位置的匹配，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的時(shí)空統(tǒng)一。

2）分布融合

分布在煤場(chǎng)范圍的多臺(tái)激光掃描儀組成煤倉(cāng)三維數(shù)據(jù)控制網(wǎng)，每一控制點(diǎn)獲取的煤場(chǎng)局部三維數(shù)據(jù)具有冗余性。冗余數(shù)據(jù)對(duì)整體煤場(chǎng)原景三維建立帶來(lái)了較大的干擾。系統(tǒng)通過(guò)高精度濾波算法實(shí)現(xiàn)冗余數(shù)據(jù)的剔除和控制范圍的優(yōu)化配置，保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的有效性和采集時(shí)效性。過(guò)濾后的局部數(shù)據(jù)按照煤倉(cāng)統(tǒng)一基準(zhǔn)進(jìn)行構(gòu)網(wǎng)建模，保證了各模型單元間的無(wú)縫連接。

3）中央控制站功能

中央控制站主要由數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控終端、外部數(shù)據(jù)控制模塊組成。

1.服務(wù)器負(fù)責(zé)三維煤場(chǎng)動(dòng)態(tài)測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行控制、數(shù)據(jù)計(jì)算與輸出、計(jì)算結(jié)果發(fā)布。

2.監(jiān)控終端提供液晶顯示器對(duì)分布在煤場(chǎng)范圍內(nèi)的三維煤場(chǎng)動(dòng)態(tài)測(cè)控系統(tǒng)各組件工作情況進(jìn)行監(jiān)視與控制。

3.外部數(shù)據(jù)控制模塊主要處理、篩選從外部系統(tǒng)調(diào)用的大量燃料管理環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，用于與煤場(chǎng)原景數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。

中央控制站通過(guò)實(shí)時(shí)掃描獲取的煤場(chǎng)表面三維數(shù)據(jù)，根據(jù)其不同的時(shí)間和空間特性，匹配來(lái)煤相關(guān)屬性（來(lái)煤礦點(diǎn)、來(lái)煤時(shí)間、來(lái)煤重量、來(lái)煤品質(zhì)等），服務(wù)器根據(jù)獲取到的煤場(chǎng)形態(tài)變化三維數(shù)據(jù)、堆取料登記數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成分層、分區(qū)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)單元，并自動(dòng)更新煤場(chǎng)三維模型，自動(dòng)用不同顏色渲染顯示不同來(lái)煤，實(shí)現(xiàn)來(lái)煤的自動(dòng)分層、分堆。

4、主要設(shè)備性能參數(shù)