基于无人机在火电厂露天储煤场储量测量应用

2020-12-03黄锦财

江西建材 2020年11期

黄锦财

中国建筑材料工业地质勘查中心福建总队，福建福州 350001

0 引言

随着经济的高速发展人民生活水平不断的提高，各类现代化电器普及家家户户对于用电的需求量越来越大。在火电厂发电成本比例中燃料（煤）的成本占比例最大，所以燃料成本的核算是电厂生产经营重要组成部分。其中火电厂燃料的盘点是燃料管理的一项重要工作，燃煤电厂煤场存煤量的计算需要达到快速、精确、安全的要求是目前尚未解决的一个重大的技术难题，但通过无人机快速获取煤方精准的DEM 模型计算可以较大程度满足其计算要求［1］。

1 在煤场测量中无人机倾斜摄影技术与传统测量技术比较

1.1 传统测量的不足

在使用传统人工测量技术时受煤场场地因数、煤堆几何形状等影响大，且精度低、误差大，有时需工作人员爬到煤堆顶部亲自煤堆测量，屯煤较多会造成更多人力浪费。尤其在气温较高的环境下煤会自燃，对于传统测量技术需要人员与测量环境直接接触，在这环境下有很大人身安全隐患，对数据采集精度也不高。同时工作量较大，人工费用高，经济效益差。使用激光雷达盘煤测量，过程复杂，工作量大且每次开启都浪费大量电力，行进速度慢，盘煤耗费时间太长，影响配煤上仓，可能导致电厂负荷供电不足，造成不必要的经济损失。

1.2 无人机倾斜摄影的优势

煤场堆放往往是不规则堆放高且表面疏松，多个地方人员无法到达。无人机倾斜测量作业无需直接接触物体，机动灵活尤其是火电厂堆煤场面积不是特别大，无人机一架次飞行就可完成作业用时短［2］。现有倾斜测量技术在传统航测上就行传承与创新，可从各姿态摄影站点上获取垂直及前后左右五个方位获取影像。可对被测物体进行全方位影像采集，生成三维的物体空间模型，真实反应物体的空间形态。提高了测量的精度，同时该方法不受场地障碍影响，避免大量测量人员现场作业提高了人员安全保障。

2 无人机倾斜摄影技术在煤方测量的流程

煤方量就是计算两期煤方的体积差，快速获取与实物基本一致的DEM 模型。煤方堆放前后的DEM 模型差，即为本次的煤方体积。本次方案利用Pix4D、Global-Mapper 及南方CASS软件结合使用解算无人机倾斜摄影数据，计算煤方量技术流程如下：

（1）制定飞行计划，查阅相关资料确定是否属于禁飞区域。

（2）实地勘察，制定飞行高度。规划航线并根据航线布置像控点，一般像控点布设在测区的四个角点控制整个测区，测区内的高低处都应布设，但控制点也不应过多须均匀分布，并用GPS-RTK 采集像控点坐标。

（3）煤方堆放前后分别用无人机进行拍摄数据采集。

（4）对采集回来的照片通过Pix4D 软件进行处理，制作DEM 模型，对其影像进行正射处理后镶嵌得到DOM 数据。

（5）利用Global-Mapper 软件根据需求输出密度大小合适的点云数据及DOM 数据。利用南方CASS 软件进行数据整理，剔除异常高程数据，并利用两期土方计算功能算出煤方量。

3 实例应用

本例为国电福州江阴露天堆煤场，项目航飞工作采用大疆精灵4 无人机对煤场堆放前后分别进行航测数据采集并进行煤方量计算。

3.1 外业数据采集

该场地长约400m 宽约250m，在两条长边上各设3 个像控点。根据测量区域确定飞行范围，根据航空摄影测量作业规范要求航向应达到56%～65%的重叠，及确保在各种不同的地面至少有50%的重叠［3］。旁向重叠一般应为30%～35%。为了确保数据精确让更多的相片参与解算，本次采用航向重叠度80%，旁向重叠度60%，航高设置为80m 进行飞行。考虑飞机的拍摄角度及边缘物体的立体成像，在测区范围外各增设一条航线。

3.2 航测数据处理

外业数据采集完成后，内业采用Pix4D 软件进行数据处理流程见图1。成果输出后，利用Global-Mapper 软件进行数据整理输出点坐标数据并利用南方CASS 软件进行计算。

3.3 煤方量计算

经过处理分别得到两期煤方的地表数字高程数据及DOM数据，分别加载到CASS 软件中。煤场中有大型挖掘机在工作，煤堆会被其伸出的机械梁臂所遮挡。无人机所测出的高程数据为其机械梁臂上的高程，可通过DOM 资料及结合周边高程可剔除测区内高程异常数据。根据最终的有效高程数据进行分析叠加，即可求出区域里煤方的总量。此计算方法与两区土方计算一致，计算主要流程如下:

（1）将煤场堆放前的点云数据（高程数据），导入南方CASS 软件中，生产TIN 三角网文件命名T1。

（2）将煤场堆放后的点云数据（高程数据），导入南方CASS 软件中［4］。在DOM 影像中圈出需要计算范围，根据计算范围生产TIN 三角网文件命名T2。

（3）在南方CASS 软件中，打开工程应用—DTM 法土方计算—计算两期间土方—选择第一期三角文件T1—选择第一期三角文件T2—生成计算成果表。

4 精度比较分析

图1 航测数据处理流程图

为了分析无人机航测成果在堆煤量的计算精度，采用传统GPS-RTK 方法同时对煤堆进行数据采集。分析测区内特征点的平面及高程精度，其中重点分析同名点的高程精度［5］。均匀抽取测区内堆煤后30 个特征点，用GPS-RTK 及无人机解算后的DEM 数据分别采集其高程点进行较差分析见表1，其高程数据满足1 ∶500 大比例尺低空数字航空摄影成图要求。