圓形煤場三維可視化平臺研究與應用

姜佳旭 郝功濤 翟嘉琪 胡妲 王群英

摘 要：針對目前使用激光盤煤儀進行煤場庫存盤點得到的三維數據點集散亂問題，提出了一種結合三維點云數據插值和計算機視覺修正方法的設計方案。通過對三維點云數據進行插值，根據插值結果進行三維網格點繪圖，再根據電廠每日煤量進、耗、存實時基礎數據進行修正，可以提高所繪的網格圖與圓形煤場實際形狀的擬合精度，利用Web、Unity3D與數據庫進行數據交互，實現圓形煤場三維可視化展示，可實時提供煤場存煤量信息，動態修改網格圖形狀，為燃煤發電企業煤場科學增效管理提供決策支撐。

關鍵詞：圓形煤場 數據插值 Unity3D 三維可視化

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（b）-00-04

Abstract：In order to solve the problem of 3D data point sat scattering obtained by using coal disk inventory in the current use of laser disk coal instrument， a design scheme combining 3D point cloud data interpolation and computer vision correction method was proposed. The fitting precision of the grid drawing and the actual shape of circular coal field can be improved， by drawing the 3D grid points accroding to the results of interpolating the 3D point cloud data， and then the drawing will be corrected according to the daily coal volume intake， consumption and real-time basic data of the power plant. It can realize the three-dimensional visual display of the circular coal field by using web， unity3d and database. The coal storage quantity information of the coal yard can be provided in real time， and the shape of the grid map can be dynamically modified. This design scheme can give the scientific efficiency management provides decision support to the coal yard of the coal-fired power generation enterprise.

Key words：Circular coal yard；Data interpolation；Unity3D；Three-dimensional visualization

燃煤發電企業儲煤場對日常燃煤量與運煤量不均衡起緩沖作用。煤場庫存盤點是發電企業燃煤調度管理的一項重要工作，煤場存煤量的快速準確測量，是發電企業成本核算、經濟效益評估和科學管理的重要依據。針對不同料場，存煤量盤點主要有人工盤存和激光盤煤兩種方式。

激光自動盤煤主要以堆取料設備為載體，通過堆取料設備的移動，來實現對煤場分段自動掃描，對得到三維坐標信息進行擬合，這種盤煤方式受堆取料行走設備限制和數據處理不科學等因素影響，存在一定測量盲區，實際測量效果存在一定偏差。而且由于電廠在每天的配煤決策中，需要根據現場的存煤圖設計當日的配煤方案，所以有必要獲取每日的存煤立體圖[1]。如果單純地使用激光盤煤儀，會花費很多時間和物力。因此在激光盤煤儀數據的基礎上，根據電廠DCS系統的實時存取煤數據，對存煤圖進行實時更新，在經濟成本和精度要求上都能得到相應的保證。

1 煤場盤煤現狀

目前很多高校和電廠對不規則煤場體積的準確測量進行了研究，并且取得了一定成果，其主要技術手段及其優缺點有以下幾方面。

（1）基于超聲測距的煤場儲量測繪系統。

該系統主要由脈沖超聲測距傳感器、數據采集儀和微機組成。在復雜煤場條件下，安裝在門式堆取料機上的超聲傳感器很難準確測定空氣介質的密度變化，煤堆表面距離的測量精度難以保證。直接憑借門式堆取料機及其小車的機械運動來實現平面定位，需要操作人員具備較高水平，才能保證整體測量精度。

（2）基于無棱鏡的全站儀盤煤系統。

在煤場周圍均勻布設一定數量的基礎控制點，選擇GPS或全站儀，在每個基礎控制點上，對煤堆有效觀測范圍內進行掃描。基礎控制點布置過程中要求與煤堆之間盡量不要有遮擋物。對煤堆表面的分水線、合水線、坡頂線、坡底線、上坎線、下坎線和凸凹處等特征點進行重點采集，對煤堆表面平緩區域，基礎控制點密度可相應減少，對起伏明顯區域的點密度應適當加大。對測量數據中的空點、高程突變點等無效點進行剔除預處理后，構件不規則三角網模型，對煤堆體積進行計算。為獲得較高盤煤精度，一般對全站儀精度和基礎點布設施工要求較高，且對人員技能要求較高，測量隨機性較大。

（3）煤場儲煤量激光檢測系統。

該系統主要由激光器和線陣CCD攝像機組成，其測量原理是依據成像點在線陣CCD上的不同位置來反應煤堆表面各點高度，利用積分運算得到煤堆體積。由于依靠堆取料機大型機械的運動得到光電檢測系統平面掃描效果，對控制系統設計和實際操作要求很高。