基于激光技術的礦產資源庫存管理應用研究

徐清泉+李惠剛

摘 要 本文主要對激光技術在礦產資源庫存管理課題項目研究中關于數(shù)據(jù)信息采集和加工處理的核心內容進行分析和應用。介紹了激光掃描、多傳感器集成、無線通信、計算機圖形等相關新技術和數(shù)據(jù)采集的工作原理，以及本項目軟件開發(fā)的總體設計和實現(xiàn)過程，將采集的數(shù)據(jù)信息在軟件中形成高精度的三維模型，實現(xiàn)信息化和自動化程度很高的堆位測量管理，提高各類礦產資源庫存管理工作質量。本項目的軟件產品可以在很多國民生產領域（礦產，糧儲，散堆物料等）廣泛推廣和應用。

【關鍵詞】激光存盤技術 礦產資源庫存 應用研究

隨著互聯(lián)網+時代的到來，大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網等高科技的迅速發(fā)展，如何利用高新科技手段來提升我國礦產資源管理水平，更進一步提高數(shù)據(jù)收集、匯總和信息發(fā)布的工作效率，是人們一直廣泛關注的課題。礦產資源的庫存管理工作涉及的資料種類、數(shù)據(jù)類型很多，長期以來，主要是以圖形、表格和文字材料作為礦產資源庫存管理工作中比較常用的信息表達工具。隨著當代科技的飛速發(fā)展，社會的各個產業(yè)和領域正朝著自動化程度高，實時性程度高和精確度高的智能方向發(fā)展，堆位測量作為很多國民生產領域（礦產，糧儲，散堆物料等）的重要技術同樣也逐步舍棄人工測量這樣耗時耗力的傳統(tǒng)方法，本項目研究所提出的方案主要針對電力廠煤場、倉庫內所存有的物料進行堆位測量統(tǒng)計。測量堆位的一項關鍵技術就是距離的測量，本方案采用激光測距這樣一種精確度高，干擾度小的測量距離的技術。在計算機飛速發(fā)展下采用新的技術和手段，在項目開發(fā)的軟件系統(tǒng)中不斷突破自動化、現(xiàn)代化功能的實現(xiàn)，特別是激光存盤技術在礦產資源管理中的應用，一定將大大提高了礦產資源現(xiàn)代化管理水平。

1 激光掃描技術概述

激光掃描技術最早起步于本世紀六十年代的歐美國家，作為一項高新技術，在各行業(yè)領域中發(fā)展迅速，并得到廣泛應用。本文中所說激光存盤技術指的是基于激光測量技術的一個多傳感器集成的自動化測量系統(tǒng)。將二維高頻率的激光掃描儀對料場表面進行高頻率的斷面掃描，獲得高密度的掃描數(shù)據(jù)，結合行程測量器獲得的料場長度，和回程測量器獲得的掃描儀偏轉角度數(shù)據(jù)，通過軟件設計與開發(fā)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一系統(tǒng)的分析和處理，實現(xiàn)料場的體積計算，料場三維模型的顯示，并將測量的結果和圖形以報表的形式打印輸出，行程一套全新的測量方法。

通過將二維激光掃描測量所獲得的被測目標的空間距離信息與回程傳感器所獲得的位置信息相匹配，通過軟件進行一系列處理，最終獲得被測目標的表面形態(tài)和三維坐標數(shù)據(jù)，從而進行各種量算或建立模型與顯示。另外，本軟件項目采用C++面向對象程序設計語言開發(fā)，使用Qt開發(fā)工具進行設計和實現(xiàn)。Qt是一個跨平臺的C++圖形用戶界面應用程序框架。它提供給應用程序開發(fā)者建立的圖形用戶界面所需的所用功能。

總之，采用激光存盤技術應用于礦產資源管理信息化實際工作之中，可以為企業(yè)提供準確、快速采集和保存信息的新方式，保證數(shù)據(jù)內容的安全性，提供安全的數(shù)據(jù)信息采集與存儲處理方案。

2 系統(tǒng)設計

2.1 激光測量工作原理

激光測量系統(tǒng)是一個多傳感器集成的自動化測量系統(tǒng)。將二維高頻率的激光掃描儀對料場表面進行高頻率的斷面掃描，獲得高密度的掃描數(shù)據(jù)，結合行程測量器獲得的料場長度，和回程測量器獲得的掃描儀偏轉角度數(shù)據(jù)，通過軟件對數(shù)據(jù)進行一系統(tǒng)的分析和處理，實現(xiàn)料場的體積計算，料場三維模型的顯示，并將測量的結果和圖形以報表的形式打印輸出，行程一套全新的測量方法。激光掃描測量是通過激光掃描器和距離傳感器來獲取被測目標的表面形態(tài)。激光掃描器一般由激光發(fā)射器、接收器、時間計數(shù)器等部分組成。激光脈沖發(fā)射器周期地驅動一個激光二極管發(fā)射激光脈沖，然后由接收透鏡接收目標表面后向反射信號，產生一接收信號，利用一穩(wěn)定的石英時鐘對發(fā)射與接收時間差作計數(shù)，經由微電腦對測量資料進行內部微處理，顯示或存儲、輸出距離和角度資料，并與距離傳感器獲取的數(shù)據(jù)相匹配，最后經過相應系統(tǒng)軟件進行一系列處理，獲取目標表面三維坐標數(shù)據(jù)，從而進行各種量化計算或建立立體模型。

2.2 系統(tǒng)軟硬件構成

本系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，其中硬件包括：激光掃描儀、行程測量器、數(shù)據(jù)采集器等，完成原始數(shù)據(jù)的采集、存儲、顯示、傳輸?shù)裙δ埽卉浖〝?shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)處理軟件、三維圖形顯示模塊、報表輸出軟件等，主要完成數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)庫管理、三維模型顯示及報表輸出等功能。激光掃描儀將信號以RS422方式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器；行程傳感器和回城傳感器的方波脈沖信號與掃描儀信號在數(shù)據(jù)采集器中進行編碼，整合后的數(shù)據(jù)存儲于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器的SD卡中或直接傳輸?shù)椒掌鳎环掌鬟M行數(shù)據(jù)的處理、輸出等操作。

2.3 系統(tǒng)總體設計

本軟件的數(shù)據(jù)信息來自于激光掃描儀將信號以RS422方式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器；行程傳感器和回城傳感器的方波脈沖信號與掃描儀信號在數(shù)據(jù)采集器中進行編碼，整合后的數(shù)據(jù)存儲于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器的SD卡中或直接傳輸?shù)椒掌鳎环掌鬟M行數(shù)據(jù)的處理、輸出等操作。

通過對實際企業(yè)用戶需求分析，根據(jù)本項目開發(fā)的應用軟件主要實現(xiàn)從原始數(shù)據(jù)采集到最終報表生成的自動化。具體軟件系統(tǒng)中包含如下功能模塊。

2.3.1 工程管理模塊

本模塊主要實現(xiàn)激光測量的的工程管理。

2.3.2 數(shù)據(jù)采集模塊

本模塊實時獲取激光測量的原始數(shù)據(jù)。其中主要內容包括：計算機與激光掃描儀的通訊，計算機與相關傳感器的通訊，原始數(shù)據(jù)的存儲。

2.3.3 數(shù)據(jù)處理模塊

本模塊是系統(tǒng)的核心，實現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能。包括：數(shù)據(jù)預處理、計算體積、比較體積變化量。

2.3.4 成果輸出模塊

本模塊完成系統(tǒng)的成果輸出。最終以報表的形式提供給用戶，主要內容有：料場現(xiàn)有體積、變化量，報表輸出，統(tǒng)計報表等。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

本軟件開發(fā)目的是為解決企業(yè)原材料庫存盤點的需要；所以軟件的主要功能：包含讀取原材料三維輪廓數(shù)據(jù)文件，通過三維輪廓計算體積，展示原材料三維輪廓圖形，按時間和倉庫號的順序存儲體積、三維輪廓數(shù)據(jù)，按時間和倉庫號查詢存儲體積和三維輪廓數(shù)據(jù)，合并多個原材料三維輪廓數(shù)據(jù)文件，分割或修改指定原材料三維輪廓數(shù)據(jù)文件；本軟件具體功能實現(xiàn)過程說明如下：

根據(jù)本軟件項目系統(tǒng)的功能和操作劃分，通過工具欄設計后，它包括功能和管理兩大類菜單。分別負責提供系統(tǒng)基本操作功能菜單和提供系統(tǒng)統(tǒng)計管理的菜單。

功能選項菜單中包括文件操作、視圖操作以及顯示狀態(tài)三個工具集合，如圖1所示。其中文件操作工具集合包括打開數(shù)據(jù)文件、搜索歷史數(shù)據(jù)文件、關閉數(shù)據(jù)文件、幫助文檔和退出系統(tǒng)功能。視圖操作工具集合包括放大圖形、縮小圖形、向上圖形、向下圖形、向左圖形、向右圖形、復位圖形和截圖功能；顯示狀態(tài)工具集合包括分層設色（激活/撤銷）、數(shù)據(jù)欄（顯示/隱藏）和結果欄（顯示/隱藏）功能。

本軟件中核心內容實現(xiàn)都是在管理選項菜單包括參數(shù)配置、堆體管理和報表輸出三個工具集合，如圖2所示。參數(shù)配置工具集合包括基礎配置、報表配置和堆場配置功能。堆體管理工具集合包括坐標變換、數(shù)據(jù)合并、堆體分割、堆體顯示和堆體顏色功能；報表輸出工具集合包括圓形報表、矩形報表和異性報表功能。

通過以上的系統(tǒng)的工具欄功能和管理按鈕操作，本軟件系統(tǒng)將激光掃描測量的數(shù)據(jù)采集后，通過網絡傳輸進入計算機系統(tǒng)，通過本軟件功能的堆體管理工具集合的各種分類計算完畢后，將按需求在三維圖形展示區(qū)顯示三維圖形，在數(shù)據(jù)欄中顯示打開的數(shù)據(jù)文件和對應堆場，然后在結果欄結果菜單中顯示計算結果。在對應窗口中輸入開始時間、結束時間以及選擇對應堆場，然后點擊放大鏡圖標本系統(tǒng)即將指定堆場指定時間內的所有數(shù)據(jù)文件進行加載，并顯示掃描時間最新的數(shù)據(jù)文件的三維圖形和斷面曲線。最后可以通過報表輸出工具集合進行各類圓形報表、矩形報表和個性化報表生成功能實現(xiàn)。

4 結語

本文對基于激光技術礦產資源庫存管理系統(tǒng)做了大量系統(tǒng)的分析和研究，取得了一些成果，但由于時間有限和自身能力的不足，還有許多待完善的地方需要進一步的研究。本管理系統(tǒng)的配煤管理中配煤部分的研究還不夠深入，單一個體積測量還遠遠不夠用，還要像醫(yī)院核磁機一樣，針對某種東西精確測量便知它的所有相關信息。比如煤里邊含多少石頭，多少塊煤，多少沫煤，含硫多少等等，這些部分的研究還有待進一步的深入開展。

本項目軟件成功推廣到在地方的火力發(fā)電廠、煤礦開采企業(yè)等煤炭資源庫存盤點等相關行業(yè)積極使用和應用，企業(yè)用戶反饋效果良好，標志著西部地方區(qū)域內基于激光技術礦產資源庫存管理系統(tǒng)信息化建設工作的新突破，在建設礦產資源庫存管理數(shù)字化技術工作道路上邁出了可喜的一步，實現(xiàn)了良好的社會效益，具有重大的經濟意義。

參考文獻

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作者簡介

徐清泉（1974-），男，甘肅省蘭州市人。西安電子科技大學軟件工程碩士，副教授。研究方向為軟件工程與應用領域、數(shù)據(jù)庫技術及應用。

李惠剛（1984-），男，甘肅省蘭州市人。蘭州大學本科學歷。工程師。研究方向為計算機技術、數(shù)據(jù)庫技術及應用。

作者單位

1.蘭州外語職業(yè)學院 甘肅省蘭州市 730101

2.甘肅泰鑫科技有限公司 甘肅省蘭州市 730101