圆形煤场三维可视化平台研究与应用

姜佳旭 郝功涛 翟嘉琪 胡妲 王群英

摘 要：针对目前使用激光盘煤仪进行煤场库存盘点得到的三维数据点集散乱问题，提出了一种结合三维点云数据插值和计算机视觉修正方法的设计方案。通过对三维点云数据进行插值，根据插值结果进行三维网格点绘图，再根据电厂每日煤量进、耗、存实时基础数据进行修正，可以提高所绘的网格图与圆形煤场实际形状的拟合精度，利用Web、Unity3D与数据库进行数据交互，实现圆形煤场三维可视化展示，可实时提供煤场存煤量信息，动态修改网格图形状，为燃煤发电企业煤场科学增效管理提供决策支撑。

关键词：圆形煤场 数据插值 Unity3D 三维可视化

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：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

燃煤发电企业储煤场对日常燃煤量与运煤量不均衡起缓冲作用。煤场库存盘点是发电企业燃煤调度管理的一项重要工作，煤场存煤量的快速准确测量，是发电企业成本核算、经济效益评估和科学管理的重要依据。针对不同料场，存煤量盘点主要有人工盘存和激光盘煤两种方式。

激光自动盘煤主要以堆取料设备为载体，通过堆取料设备的移动，来实现对煤场分段自动扫描，对得到三维坐标信息进行拟合，这种盘煤方式受堆取料行走设备限制和数据处理不科学等因素影响，存在一定测量盲区，实际测量效果存在一定偏差。而且由于电厂在每天的配煤決策中，需要根据现场的存煤图设计当日的配煤方案，所以有必要获取每日的存煤立体图[1]。如果单纯地使用激光盘煤仪，会花费很多时间和物力。因此在激光盘煤仪数据的基础上，根据电厂DCS系统的实时存取煤数据，对存煤图进行实时更新，在经济成本和精度要求上都能得到相应的保证。

1 煤场盘煤现状

目前很多高校和电厂对不规则煤场体积的准确测量进行了研究，并且取得了一定成果，其主要技术手段及其优缺点有以下几方面。

（1）基于超声测距的煤场储量测绘系统。

该系统主要由脉冲超声测距传感器、数据采集仪和微机组成。在复杂煤场条件下，安装在门式堆取料机上的超声传感器很难准确测定空气介质的密度变化，煤堆表面距离的测量精度难以保证。直接凭借门式堆取料机及其小车的机械运动来实现平面定位，需要操作人员具备较高水平，才能保证整体测量精度。

（2）基于无棱镜的全站仪盘煤系统。

在煤场周围均匀布设一定数量的基础控制点，选择GPS或全站仪，在每个基础控制点上，对煤堆有效观测范围内进行扫描。基础控制点布置过程中要求与煤堆之间尽量不要有遮挡物。对煤堆表面的分水线、合水线、坡顶线、坡底线、上坎线、下坎线和凸凹处等特征点进行重点采集，对煤堆表面平缓区域，基础控制点密度可相应减少，对起伏明显区域的点密度应适当加大。对测量数据中的空点、高程突变点等无效点进行剔除预处理后，构件不规则三角网模型，对煤堆体积进行计算。为获得较高盘煤精度，一般对全站仪精度和基础点布设施工要求较高，且对人员技能要求较高，测量随机性较大。

（3）煤场储煤量激光检测系统。

该系统主要由激光器和线阵CCD摄像机组成，其测量原理是依据成像点在线阵CCD上的不同位置来反应煤堆表面各点高度，利用积分运算得到煤堆体积。由于依靠堆取料机大型机械的运动得到光电检测系统平面扫描效果，对控制系统设计和实际操作要求很高。