煤場庫存盤點的方法對比與技術分析

王海衡 孫金武

【摘?要】本文從體積測量角度對目前常用的盤煤技術，以康托手持式盤煤儀為例進行技術原理的闡述，并與英帕斯盤煤儀、SW-31盤煤儀和無人機盤煤儀AK65進行對比，并分析體積測量的技術難點與質量控制等，進一步闡述煤場庫存盤點的發展趨勢。

【關鍵詞】三維成像技術;便攜式盤煤儀;體積測量;技術對比

1 庫存盤點的意義

煤場庫存盤點是指對燃煤電廠煤炭庫存進行量的統計，與入廠計量與燃料耗用所產生的賬面煤場庫存數據進行對比，評價統計質量，是燃料管理重要的研究方向。相比密度測量，體積測量技術更加完善，方法更加成熟，其使用方式得到業內廣泛認可，本文著重從體積測量角度對其進行技術分析。

2 燃料庫存體積測量方法

以康拓便攜式激光盤煤儀為例闡述其測量流程和方法[1]。該儀器購買于湖南長沙三德儀器股份有限公司，儀器組成為美國康拓掃描儀和日本松下三防便攜電腦。

簡述流程如下：

其中外業工作部分中信息錄入是指在便攜電腦中輸入煤場名稱、方向角、零平面等基本信息。盤點作業流程如下圖：

字母為作業人員站位位置，稱為控點，數字為所選定點位置。定點一般選用明顯的無遮擋特征點，例如煤棚鋼架的特征交界處、高掛的照明燈、攝像頭以及附近建筑物的頂角等。

A為工作人員初始站位，在A點通過掃描儀錄入所有定點1至6的坐標。在A點完成前方煤堆的掃描后，行走至B點。由定點2和定點3確定站位點B的坐標，然后掃描B位置面前的煤堆，順時針繞煤場一周，掃描全部煤堆表面。總之，根據煤場情況規劃站位點，根據定點錄入控點坐標。

在實際工作中，由于煤堆高度的遮擋等，在初始位置A無法錄入所有定點，特別是對面的4，5兩點，此時采用邊校正邊錄入的方式。例如可在定點2和3確定的B站位，增加錄入定點4，再通過定點3和4來確定C位置，在C位置錄入定點5，通過這種方式解決初始位置視野遮蔽的情況。

此種方法值得注意的是由于定點由控點點而來，而后續控點又由新加入的定點校準而來，會造成誤差的連續積累。例如在圓形煤場中，會造成最后一點無法閉環，行走到最后由定點5與6確定的控點E后，掃描定點1的位置，會發現其實測值與定點1的初始坐標有較大偏差。因此，定點位置能否閉環是判斷采點準確度好壞的重要依據。此時可采用兩個方向各走一半的方式來減少誤差積累，示例圖如下：

工作人員沿逆時針方向在站位點C完成盤點后，再回到初始位置沿順時針方向進行盤點，在對面中間點F進行閉環。實踐證明，定點數量越多，此種方法可減少的誤差越多。

3 常見儀器使用方法對比

1、便攜式盤煤儀分為兩類，一類為手持式便攜盤煤儀，一類為可飛行的無人機盤煤儀。選用其中具有代表性的三類盤煤儀，以內陸電廠非封閉十萬方的非整形隨機堆積庫存為例，進行六個方面的對比，羅列如下該（三款儀器的技術資料由北京三維邁普有限公司提供）。

將以六項指標進對比后，定性分析如下圖所示（僅為定性對比，具體情況視操作過程略有不同）：

3.1人員數量：工作人員緊張時，人員數量也是決定電廠選擇盤煤儀的關鍵因素。

3.2工作效率：無人機盤煤盤點速度最快，但是其后期處理時間較長，在大型露天煤場具有絕對優勢，在小型煤場工作效率不如前者。

3.3準確度：不僅包含儀器設備本身的工作準確度，還應考慮人員的操作水平，根據數理統計分析，得出誤差在3%（5—10萬方）左右，impulse與康拓的測量原理相近，也采用此種評價方式。無人機自動盤點基本屏蔽人為操作誤差，選用儀器誤差0.5%作為準確度評價。

3.4操作性：康拓盤煤儀最為便捷，無異常點修補的情況下，康拓盤煤儀掃描結束后可直接成圖。

3.5特征點數量與測量準確度的相關性取決于操作類型，在以impulse、康拓等手持掃描儀等以人為掃描為主的手動掃描儀和以無人機和SW-31進行自動掃描的兩種方式對掃點數量有不同的要求。

手動掃描建立在人為選取特征點的基礎上，當煤場邊界、煤堆頂線、腰線和底線等特征點錄入儀器后，體積基本定型，數據能夠達到完整值的百分之八十到九十，隨后對煤堆溝坎谷峰等的細節錄入，逐步使得圖形完善形成最終結果。即當康拓掃描儀用1000點左右進行全部的特征點錄入后，即使再錄入至5000點，對體積測量結果影響不大。

而自動掃描由于無法智能分辨特征線條，所以點數越多，覆蓋面越廣，準確性越高。

這也是為何同樣的十萬方煤場，impulse產出100特征點左右，康拓產出1000點左右，而無人機產出數萬點，其結果相差不大的原因，因為人為操作的優勢在于智能辨識特征點。

4 盤煤儀選擇

無人機盤煤儀因為其飛行速度快，覆蓋面積大，尤其在沿海發電企業的大型煤場，其性能得以施展，可廣泛應用。而對于內陸小型煤場，因其定位信號受到煤棚遮蔽的影響造成無法在全封閉的煤場進行作業，效率無法顯現。

因此，大型露天煤場適合選用無人機盤煤;大多數內陸小型封閉型煤場，建議使用手持式盤煤儀進行定期盤點。

5 體積測量的質量控制

5.1不確定度分析

盤煤工作所測量的客體比較復雜，選用從正態分布的角度來進行誤差分析，即誤差在兩倍標準差內的概率占到總測量總數的95.5%。通常認為，小概率事件在單次測量中并不發生，這也是單次測量的理論基礎。即煤場庫存的真實體積值在測量值的正負兩倍標準差之間。即在燃料監督中，盤點結果與賬面值相差兩倍標準差以內，認為是盈虧平衡的。

5.2不同方法間的對比

不同盤煤儀間的方法對比，采用F檢驗法來判定兩組數據是否具有相同的精密度{3}，由于沒有體積測量的標準物質，暫時無法進行兩種方法的準確度比較。

5.3質量評價

煤場庫存盤點質量控制的標準是通過多次測量，利用數理統計的方式來進行評價，電廠燃料管理的賬面值因為技術原因或管理原因，絕對不能作為評價依據。

如果要對盤煤儀進行評價，暫時沒有體積標準物質，可依據其測距原理，參照普通測距儀器進行距離測定的準確度評價，以此來衡量掃描儀的測距準確度。

如果結果存疑，可以通過多次測量求平均值來提升準確性，如需仲裁可通過不同儀器對同一煤場進行多次測量來判定。

6 體積測量的難點

6.1管理影響

體積測量的技術遠遠高于燃料流程管理之上，盤點庫存與實際庫存所產生的盈虧偏差往往不是技術問題，其盈虧偏差是入廠計量和入爐計量的綜合反映，甚至將燃料采購和燃料使用的矛盾體現出來，會出現賬面數據為各方妥協的結果、而非技術測量的結果的管理漏洞，需要通過技術促改革，促進管理水平提升。

6.2密度的影響

單一體積的測量并無意義，煤場庫存盤點還要考慮密度的因素，以庫存量（噸）的結果形式輸出。而密度測量目前尚未有統一執行并獲得廣泛認可的規范方法，且因為煤場混煤存放的具體情況而變得十分復雜。密度無法準確測量，那么體積測量的準確度對于庫存量是毫無意義的。因此根據目前的密度測量的實際情況，體積測量技術已經完全滿足當前需求。

6.3技術影響

從測量角度講，會因為測距誤差[2]，定點誤差和控點誤差等造成結果偏差。從數據處理角度講，測量軟件的測算原理是由點成面的擬合，因此，煤堆形狀更規律，更有利于結果準確。對于非整形煤堆，由于數量大而凹面與凸面相抵，源于隨機誤差的對稱性而使得測量誤差得以抵消，但對于小量非整形煤堆，測量誤差較大。

7 發展趨勢

7.1自動掃描是趨勢

在盤點過程中，由人為確定掃描點位和特征點，是造成體積測量誤差的主要來源，工作站位無法標準化規范的情況下，只能通過使掃描點的選取客觀化來控制誤差，凡是掃描特征點有人工確定的，就存在通過主觀調特征點的選取來調整測量結果的可能性。因此，手持便攜盤煤儀的發展趨勢是采用自動掃點來排除人為誤差，在未來的燃料庫存監管中，所選用的儀器具備自動掃點功能將會是基本要求。

7.2無人機盤煤是方向[3]

無人機盤煤儀在技術發展的過程中，逐步能夠適應非全封閉頂棚的煤廠，相信隨著未來技術的進步，定位系統的革新，無人機能夠實現在全封閉的煤場中進行盤點，將會極大擴展無人機的適用性。

7.3數字化煤場會普及

基于煤場未來的發展趨勢[4]，燃料協同管理的需要，數字化煤場成為現代發電企業的必備技術，數字化煤場中所采用的固定式盤煤技術[5]，實現實時盤點，并且準確性高。基于固定式盤煤儀的數字化煤場將會是未來燃煤企業的發展趨勢。

7.4亟待標準與規范

目前煤場盤點技術方面并無國家標準，盤煤儀也沒有相應的校準和鑒定依據，因此，盤煤工作需要在實際工作中不斷總結提煉，逐步走向規范化和標準化。

7.5管理理念需要與時俱進

評價體積測量是否準確的唯一標準是測量值與真實值的接近程度，而不是測量值與賬面值的吻合程度。保證技術數據的準確性是測量工作的唯一要義，但保證技術數據真實客觀的輸出卻需要管理理念的與時俱進。

參考文獻：

[1]張 波，劉春雷，劉 琴，曾 蓉. 激光盤煤技術在火電廠儲煤場管理中的應用.激光雜志，2014，35，5，53-58.

[2]侍云貴. 儲煤場激光盤煤系統的測量誤差分析和技改[J]. 工業控制計算機，2013，04，78-79.

[3]王江，薛鐵柱，魏龍. 無人機盤煤在火力發電企業燃料管理中的應用. 華電技術，2019，6，78-80.

[4]劉怡君. 電力行業“數字化煤場”初探[J]. 通訊世界：下半月，2013，10，123-124.

[5]王曉霞. 固定式激光盤煤儀在電廠盤煤工作中的應用[J]. 煤質技術，2012，A01，39-40.

（作者單位：國家電投集團河南電力有限公司技術信息中心）