1、概述

現(xiàn)場煤倉集煤炭倉儲及煤炭轉(zhuǎn)運功能為一體，設(shè)計容量為10萬噸。本方案在現(xiàn)有煤倉設(shè)備整體布局的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，利用計算機(jī)自動控制和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)對煤倉內(nèi)部信息進(jìn)行激光掃描，結(jié)合后臺數(shù)據(jù)的智能分析處理建立封閉煤倉數(shù)字化智能盤點系統(tǒng)。

現(xiàn)場為條型封閉煤倉，倉內(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 封閉煤倉固定式安裝方案示意圖

封閉煤倉固定式三維激光掃描儀安裝方案主要包含動態(tài)測量系統(tǒng)、中央控制站兩部分?？蓪崿F(xiàn)的功能如下：

1）動態(tài)測量系統(tǒng)能夠自動實時動態(tài)獲取煤場表面三維坐標(biāo)，可在1分鐘內(nèi)完成掃描數(shù)據(jù)的計算、融合、生成整個條形煤倉統(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云數(shù)據(jù)重新構(gòu)建三角網(wǎng)，也就是相鄰的兩個斷面之間被分成許多小三角形，再對每個三角形進(jìn)行積分計算出總體積。掃描單元進(jìn)入下一個掃描周期時，能夠只對煤場變化部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行自動更新，更新完后的數(shù)據(jù)需變化三維模型時間標(biāo)簽。測量相對精度達(dá)到0.5%。

3）三維煤場動態(tài)測控系統(tǒng)軟件能夠根據(jù)來煤特性，按照一定的規(guī)劃原則將煤場進(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)劃原則自動計算出每個分區(qū)內(nèi)的儲煤量。能夠?qū)崟r將煤場儲煤情況通過掃描三維圖形實時展現(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、動態(tài)測量系統(tǒng)方案

根據(jù)煤場的實際情況，動態(tài)測量系統(tǒng)由安裝在倉頂部的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圓形孔洞，施工時根據(jù)頂板結(jié)構(gòu)，圓形孔洞錯開下方支撐梁柱，同時孔洞大小合適，不會影響上方設(shè)備承重。考慮到倉內(nèi)粉塵環(huán)境，本方案設(shè)置激光防塵罩，工作時防塵罩前端自動打開，進(jìn)行激光掃描，盤沒結(jié)束時關(guān)閉防塵罩，此方案可有效延長激光鏡面因粉塵堆積造成的維護(hù)保養(yǎng)周期。

分布在煤倉頂部的3套激光掃描系統(tǒng)通過就地控制設(shè)備，并通過光纖與遠(yuǎn)端機(jī)房服務(wù)器進(jìn)行連接，可實現(xiàn)就地及遠(yuǎn)程的測量。同時現(xiàn)場布設(shè)的全部測量點，可根據(jù)設(shè)定的周期進(jìn)行掃描更新，或作業(yè)完成后自動觸發(fā)掃描更新，掃描更新的點云數(shù)據(jù)通過光纖自行傳輸回數(shù)據(jù)庫，并完成煤場數(shù)據(jù)分析、量算和三維煤場更新。

3、動態(tài)測量數(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3臺不同點位安裝的掃描儀對一已知體積的煤堆進(jìn)行掃描，各自掃描數(shù)據(jù)計算建模后如下：

3個數(shù)據(jù)合并后三維圖形如下：

三維煤場動態(tài)測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合必須實現(xiàn)如下方面：

1）時空統(tǒng)一

通過對煤倉的空倉進(jìn)行掃描建立系統(tǒng)的空間基準(zhǔn)。通過基礎(chǔ)位置測量確定每臺固定安裝的激光掃描儀空間位置，建立煤場范圍三維數(shù)據(jù)控制網(wǎng)。通過高精度的時間與空間位置的匹配，實現(xiàn)了系統(tǒng)的時空統(tǒng)一。

2）分布融合

分布在煤場范圍的多臺激光掃描儀組成煤倉三維數(shù)據(jù)控制網(wǎng)，每一控制點獲取的煤場局部三維數(shù)據(jù)具有冗余性。冗余數(shù)據(jù)對整體煤場原景三維建立帶來了較大的干擾。系統(tǒng)通過高精度濾波算法實現(xiàn)冗余數(shù)據(jù)的剔除和控制范圍的優(yōu)化配置，保證了測量數(shù)據(jù)的有效性和采集時效性。過濾后的局部數(shù)據(jù)按照煤倉統(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)三維煤場動態(tài)測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、運行控制、數(shù)據(jù)計算與輸出、計算結(jié)果發(fā)布。

2.監(jiān)控終端提供液晶顯示器對分布在煤場范圍內(nèi)的三維煤場動態(tài)測控系統(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)，用于與煤場原景數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。

中央控制站通過實時掃描獲取的煤場表面三維數(shù)據(jù)，根據(jù)其不同的時間和空間特性，匹配來煤相關(guān)屬性（來煤礦點、來煤時間、來煤重量、來煤品質(zhì)等），服務(wù)器根據(jù)獲取到的煤場形態(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)的存儲數(shù)據(jù)單元，并自動更新煤場三維模型，自動用不同顏色渲染顯示不同來煤，實現(xiàn)來煤的自動分層、分堆。

4、主要設(shè)備性能參數(shù)