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一種數(shù)字化盤煤系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種數(shù)字化盤煤系統(tǒng)，包括激光掃描模塊，空間定位模塊，智能數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊，終端處理模塊；激光掃描模塊將采集的被測目標的表面形態(tài)信息發(fā)送給智能數(shù)據(jù)采集模塊，空間定位模塊將采集的斗輪機的空間位置信息發(fā)送給智能數(shù)據(jù)采集模塊，智能數(shù)據(jù)采集模塊將表面形態(tài)信息和空間位置信息通過數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送給終端處理模塊，終端處理模塊根據(jù)表面形態(tài)信息和空間位置信息得到被測目標的表面形態(tài)和三維坐標數(shù)據(jù)，進而進行煤堆的三維建模和顯示。本發(fā)明安裝在門架上的盤煤儀掃描范圍廣，不受煤場堆煤高度的影響；本發(fā)明用于空間定位的GPS差分系統(tǒng)以及無線網(wǎng)絡傳輸技術(shù)，其效果和其他方案相比，定位精度和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性更能保證。
【專利說明】一種數(shù)字化盤煤系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于GPS(BD)差分定位和激光掃描技術(shù)的數(shù)字化煤場，特別涉及 一種數(shù)字化盤煤系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前已有的激光盤煤儀大多是便攜式激光盤煤儀，固定式盤煤儀等。便攜式盤煤 儀在市面上存在已久，它是由工程測量儀器慢慢轉(zhuǎn)化而來，而固定式盤煤系統(tǒng)作為專門為 大型煤場盤點而開發(fā)的產(chǎn)品，從理論到實踐，從不成熟產(chǎn)品到成為火力發(fā)電廠最先進的盤 煤方式有很深厚的時代背景。每年，火電廠燃煤成本約占總運營成本的百分之七十，只有精 確了解每個月的煤耗指標，才能實現(xiàn)火電廠的更有效管理，實現(xiàn)節(jié)能、減排和增加企業(yè)效益 的目的，因此每個月月末的煤場盤點工作成為燃料管理工作當中的一個重要組成部分。要 快速、精確而又簡單的完成此項工作，就必須借助最科學可靠的測量儀器來實現(xiàn)。
[0003] 固定式盤煤儀安裝的方式有多種，有安裝在懸臂斗輪機下盤煤儀、安裝在傳送帶 上方的激光盤煤儀、導軌下安裝懸掛式單探頭激光盤煤儀等。
[0004] 目前已有的盤煤儀安裝技術(shù)方案是安裝在斗輪機懸臂下的盤煤儀。本系統(tǒng)以堆取 料機為載體，采用激光掃描測距技術(shù)和位置傳感技術(shù)，即時獲取被測料場的空間位置信息 數(shù)據(jù)，并同步傳輸?shù)接嬎銠C平臺。該系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)是，通過激光掃描儀二 維扇面掃描物料表面，獲取被測煤場的與激光掃描儀之間的角度信息和距離信息。
[0005] 通過密集地獲取大量的煤場點云三維坐標數(shù)據(jù)，將獲取的點云構(gòu)建不規(guī)則三角 網(wǎng)，建立三維模型，還原被測料場的真實面貌。
[0006] 通過構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)，被測物料形狀被分解成數(shù)以萬計的三棱柱體，計算每個 三棱柱體的體積，對所有三棱柱體積進行累加，就得到被測物料的體積。同時軟件可以實現(xiàn) 對被測物體的分割計算；
[0007] 此技術(shù)是將盤煤儀安裝在斗輪機懸臂上，如果煤場堆煤過高，斗輪機懸臂無法抬 到更高處，盤煤儀則無法進行正常盤煤。此外當進行盤煤時斗輪機需要在導軌上行走勢必 使得懸臂抖動，會給盤煤結(jié)果帶來誤差，并且安裝在懸臂上的盤煤儀掃描范圍小，在盤煤時 需要懸臂抬到一定的高度，會給斗輪機運行人員帶來工作負擔。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種掃描范圍廣、精度和實時性更高的數(shù)字化 盤煤系統(tǒng)及方法。
[0009] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種數(shù)字化盤煤系統(tǒng)，包括激光掃描 模塊，空間定位模塊，智能數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊，終端處理模塊和數(shù)據(jù)展現(xiàn)發(fā)布模 塊；
[0010] 所述激光掃描模塊和空間定位模塊設置于斗輪機頂端平臺上，激光掃描模塊將采 集的被測目標的表面形態(tài)信息發(fā)送給智能數(shù)據(jù)采集模塊，空間定位模塊將采集的斗輪機的 空間位置信息發(fā)送給智能數(shù)據(jù)采集模塊，智能數(shù)據(jù)采集模塊將表面形態(tài)信息和空間位置信 息通過數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送給終端處理模塊，終端處理模塊根據(jù)表面形態(tài)信息和空間位置信 息得到被測目標的表面形態(tài)、存煤信息和三維坐標數(shù)據(jù)，進而進行煤堆的三維建模，生成三 維建模圖形，數(shù)據(jù)展現(xiàn)發(fā)布模塊對存煤信息進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并對統(tǒng)計后的存煤信息及三維 建模圖形進行發(fā)布。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明是將盤煤儀安裝在斗輪機門架上，通過可伸縮機械 臂和云臺控制盤煤儀盤煤的角度，安裝在門架上的盤煤儀掃描范圍廣，不受煤場堆煤高度 的影響；本方案在掃描過程中的盲區(qū)比傳統(tǒng)方案要降低很多，并且由于煤場的特殊性，其空 間定位和數(shù)據(jù)傳輸存在很多問題，本項目采樣GPS差分系統(tǒng)以及無線網(wǎng)絡傳輸技術(shù)，其效 果和其他方案相比，精度和實時性更能保證。
[0012] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。
[0013] 進一步，所述激光掃描模塊和空間定位模塊設置于斗輪機頂端平臺的輔助升高支 架上。
[0014] 進一步，所述輔助升高支架包括支架主體，水平橫梁和旋轉(zhuǎn)云臺，所述旋轉(zhuǎn)云臺內(nèi) 部包括減速電機和旋轉(zhuǎn)編碼器；
[0015] 所述支架主體為具有雙層鋼管的結(jié)構(gòu)，其中外層鋼管固定，內(nèi)層鋼管在外層鋼管 內(nèi)部進行上下伸縮，旋轉(zhuǎn)云臺設置于內(nèi)層鋼管的頂端，連接內(nèi)層鋼管和水平橫梁，所述旋轉(zhuǎn) 云臺內(nèi)部的減速電機的旋轉(zhuǎn)軸與水平橫梁的中部固定，水平橫梁的一端設置有激光掃描模 塊，水平橫梁的另一端設置有空間定位模塊的一個移動站，旋轉(zhuǎn)云臺內(nèi)部的減速電機根據(jù) 智能數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送的電機控制信號使旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸在轉(zhuǎn)動時帶動水平橫梁 旋轉(zhuǎn)，進行采集點附近煤場區(qū)域的待測目標的表面形態(tài)信息的掃描及空間位置信息的定 位。
[0016] 進一步，所述激光掃描模塊為激光測距儀。
[0017] 進一步，所述空間定位模塊包括一個GPS基準站和三個GPS移動站，所述GPS基 準站設置于輸煤轉(zhuǎn)運站頂端，其中兩個GPS移動站分別設置于斗輪機的大臂前端，用于獲 取斗輪機的大臂的旋轉(zhuǎn)角度及斗輪機的大臂的俯仰角度，另外一個GPS移動站設置于水平 橫梁的一端，用于測量水平橫梁的旋轉(zhuǎn)角度，GPS移動站的接收機通過移動站數(shù)據(jù)電臺接收 GPS基準站發(fā)射來的差分改正數(shù)據(jù)，并在移動站接收機內(nèi)部進行處理，從而實時得到移動站 的高精度位置，進而得到斗輪機的空間位置信息。
[0018] 進一步，智能數(shù)據(jù)采集模塊還用于將表面形態(tài)信息和空間位置信息進行存儲。
[0019] 進一步，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊通過無線方式傳遞表面形態(tài)信息和空間位置信息。
[0020] 進一步，一種數(shù)字化盤煤方法，包括以下步驟：
[0021] 步驟1 :激光掃描模塊采集被測目標的表面形態(tài)信息，空間定位模塊采集被測目 標的空間位置信息；
[0022] 步驟2 :激光掃描模塊和空間定位模塊分別將采集的被測目標的表面形態(tài)信息和 空間位置信息發(fā)送給智能數(shù)據(jù)采集模塊；
[0023] 步驟3 :智能數(shù)據(jù)采集模塊將表面形態(tài)信息和空間位置信息通過數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā) 送給終端處理模塊；
[0024] 步驟4 :終端處理模塊根據(jù)表面形態(tài)信息和空間位置信息得到被測目標的表面形 態(tài)和三維坐標數(shù)據(jù)，進而進行煤堆的三維建模、生成三維建模圖形并對三維建模圖形進行 顯示；
[0025] 步驟5 :數(shù)據(jù)展現(xiàn)發(fā)布模塊根據(jù)終端處理模塊得到的三維數(shù)據(jù)以及三維建模圖 形，對存煤信息進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并對統(tǒng)計后的存煤信息及三維建模圖形進行發(fā)布。
[0026] 進一步，還包括步驟6 :在斗輪機完成取煤作業(yè)后，激光掃描模塊重新采集被測目 標的表面形態(tài)信息，空間定位模塊重新采集被測目標的空間位置信息。
[0027] 進一步，終端處理模塊根據(jù)新獲取的剩余存煤的表面形態(tài)信息及空間位置信息， 更新存煤數(shù)據(jù)，形成最新的存煤的三維建模圖形，并對三維建模圖形進行顯示。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明方法步驟流程圖。
[0030] 附圖中，各標號所代表的部件列表如下：
[0031] 1、激光掃描模塊，2、空間定位模塊，3、智能數(shù)據(jù)采集模塊，4、數(shù)據(jù)傳輸模塊，5、終 端處理模塊，6、數(shù)據(jù)展現(xiàn)發(fā)布模塊。

【具體實施方式】
[0032] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0033] 如圖1所示，為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明方法步驟流程圖。
[0034] 實施例1
[0035] -種數(shù)字化盤煤系統(tǒng)，包括激光掃描模塊1，空間定位模塊2,智能數(shù)據(jù)采集模塊 3,數(shù)據(jù)傳輸模塊4,終端處理模塊5和數(shù)據(jù)展現(xiàn)發(fā)布模塊6 ;
[0036] 所述激光掃描模塊1和空間定位模塊2設置于斗輪機頂端平臺上，激光掃描模塊 1將采集的被測目標的表面形態(tài)信息發(fā)送給智能數(shù)據(jù)采集模塊3,空間定位模塊2將采集的 斗輪機的空間位置信息發(fā)送給智能數(shù)據(jù)采集模塊3,智能數(shù)據(jù)采集模塊3將表面形態(tài)信息 和空間位置信息通過數(shù)據(jù)傳輸模塊4發(fā)送給終端處理模塊5,終端處理模塊5根據(jù)表面形態(tài) 信息和空間位置信息得到被測目標的表面形態(tài)、存煤信息和三維坐標數(shù)據(jù)，進而進行煤堆 的三維建模，生成三維建模圖形，數(shù)據(jù)展現(xiàn)發(fā)布模塊6對存煤信息進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并對統(tǒng)計 后的存煤信息及三維建模圖形進行發(fā)布。
[0037] 所述激光掃描模塊1和空間定位模塊2設置于斗輪機頂端平臺的輔助升高支架 上。
[0038] 所述輔助升高支架包括支架主體，水平橫梁和旋轉(zhuǎn)云臺，所述旋轉(zhuǎn)云臺內(nèi)部包括 減速電機和旋轉(zhuǎn)編碼器；
[0039] 所述支架主體為具有雙層鋼管的結(jié)構(gòu)，其中外層鋼管固定，內(nèi)層鋼管在外層鋼管 內(nèi)部進行上下伸縮，旋轉(zhuǎn)云臺設置于內(nèi)層鋼管的頂端，連接內(nèi)層鋼管和水平橫梁，所述旋轉(zhuǎn) 云臺內(nèi)部的減速電機的旋轉(zhuǎn)軸與水平橫梁的中部固定，水平橫梁的一端設置有激光掃描模 塊2,水平橫梁的另一端設置有空間定位模塊2的一個移動站，旋轉(zhuǎn)云臺內(nèi)部的減速電機根 據(jù)智能數(shù)據(jù)采集模塊3發(fā)送的電機控制信號使旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸在轉(zhuǎn)動時帶動水平 橫梁旋轉(zhuǎn)，進行采集點附近煤場區(qū)域的待測目標的表面形態(tài)信息的掃描及空間位置信息的 定位。
[0040] 所述激光掃描模塊1為激光測距儀。
[0041] 所述空間定位模塊2包括一個GPS基準站和三個GPS移動站，所述GPS基準站設 置于輸煤轉(zhuǎn)運站頂端，其中兩個GPS移動站分別設置于斗輪機的大臂前端，用于獲取斗輪 機的大臂的旋轉(zhuǎn)角度及斗輪機的大臂的俯仰角度，另外一個GPS移動站設置于水平橫梁的 一端，用于測量水平橫梁的旋轉(zhuǎn)角度，GPS移動站的接收機通過移動站數(shù)據(jù)電臺接收GPS基 準站發(fā)射來的差分改正數(shù)據(jù)，并在移動站接收機內(nèi)部進行處理，從而實時得到移動站的高 精度位置，進而得到斗輪機的空間位置信息；
[0042] 至少兩個GPS移動站分別設置于斗輪機大臂的不同旋轉(zhuǎn)軸上，用于獲取斗輪機的 大臂的旋轉(zhuǎn)角度、斗輪機的大臂的俯仰角度。
[0043] 智能數(shù)據(jù)采集模塊3還用于將表面形態(tài)信息和空間位置信息進行存儲。
[0044] 所述數(shù)據(jù)傳輸模塊4通過無線方式傳遞表面形態(tài)信息和空間位置信息。
[0045] 一種數(shù)字化盤煤方法，包括以下步驟：
[0046] 步驟1 :激光掃描模塊1采集被測目標的表面形態(tài)信息，空間定位模塊2采集被測 目標的空間位置信息；
[0047] 步驟2 :激光掃描模塊1和空間定位模塊2分別將采集的被測目標的表面形態(tài)信 息和空間位置信息發(fā)送給智能數(shù)據(jù)采集模塊3 ;
[0048] 步驟3 :智能數(shù)據(jù)采集模塊3將表面形態(tài)信息和空間位置信息通過數(shù)據(jù)傳輸模塊4 發(fā)送給終端處理模塊5 ;
[0049] 步驟4 :終端處理模塊5根據(jù)表面形態(tài)信息和空間位置信息得到被測目標的表面 形態(tài)和三維坐標數(shù)據(jù)，進而進行煤堆的三維建模、生成三維建模圖形并對三維建模圖形進 行顯示；
[0050] 步驟5 :數(shù)據(jù)展現(xiàn)發(fā)布模塊6根據(jù)終端處理模塊5得到的三維數(shù)據(jù)以及三維建模 圖形，對存煤信息進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并對統(tǒng)計后的存煤信息及三維建模圖形進行發(fā)布。
[0051] 還包括步驟6 :在斗輪機完成取煤作業(yè)后，激光掃描模塊重新采集被測目標的表 面形態(tài)信息，空間定位模塊重新采集被測目標的空間位置信息。
[0052] 終端處理模塊根據(jù)新獲取的剩余存煤的表面形態(tài)信息及空間位置信息，更新存煤 數(shù)據(jù)，形成最新的存煤的三維建模圖形，并對三維建模圖形進行顯示。
[0053] 在具體實施中，盤煤過程具體分為以下步驟：
[0054] (1)煤場接到預來煤信息，根據(jù)來煤熱值，由數(shù)字煤場系統(tǒng)分配堆煤位置。
[0055] (2)運行人員按照預定堆煤位置，完成堆煤作業(yè)，通過激光掃描系統(tǒng)及空間定位系 統(tǒng)，將煤堆掃描數(shù)據(jù)處理建模后，傳送給數(shù)字煤場管理系統(tǒng)成。
[0056] (3)數(shù)字煤場管理系統(tǒng)根據(jù)堆煤數(shù)據(jù)實時更新系統(tǒng)中存煤情況記錄，用于煤場存 煤數(shù)據(jù)顯示及煤場存煤三維圖形生成。
[0057] (4)煤場接收到用煤信息，根據(jù)用煤信息中對煤質(zhì)的要求，從存煤記錄中搜尋滿足 條件的存煤數(shù)據(jù)，獲取取煤的精確位置信息。
[0058] (5)取煤信息傳送給斗輪機控制終端，完成斗輪機取煤作業(yè)。
[0059] (6)取煤完畢以后，運行人員通過激光掃描系統(tǒng)及空間定位系統(tǒng)完成取煤后剩余 煤場煤堆的測量，將處理建模后的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)字煤場管理系統(tǒng)。
[0060] (7)數(shù)字煤場管理系統(tǒng)根據(jù)獲取的剩余存煤信息，更新系統(tǒng)中存煤數(shù)據(jù)，形成最新 的存煤情況及存煤三維圖形。
[0061] 目的：煤場存煤的精細化管理。
[0062] 目前，北疆電廠有煤場3座，基本尺寸分別為58*300m、88*300m、58*300m，煤場堆 高17米，煤場沒有煤棚阻擋。使用兩臺懸臂式斗輪機進行煤場的堆取煤作業(yè)。電廠盤煤工 作沒有采用盤煤儀產(chǎn)品進行盤煤。現(xiàn)在需要進行數(shù)字化煤場建設，需要對煤場進行實時盤 煤操作，同時提出以下一些盤煤要：
[0063] 盤煤準確性高，盡量覆蓋煤場所有死角，對斗輪機尾車部分煤堆也能實現(xiàn)盤點工 作。
[0064] 在斗輪機堆取煤工作過程中，能通過現(xiàn)場盤煤數(shù)據(jù)采集設備指導斗輪機駕駛員按 照要求為止堆取煤。
[0065] 盤煤設備通過無線方式與數(shù)字化煤場系統(tǒng)進行實時通信。
[0066] 與數(shù)字化煤場系統(tǒng)能兼容，數(shù)據(jù)與數(shù)字化煤場系統(tǒng)互相通信。
[0067] 現(xiàn)場煤堆高度數(shù)據(jù)通過使用激光掃描儀獲得，激光掃描儀安裝在斗輪機平臺頂 端。激光掃描儀可以根據(jù)運行的控制進行旋轉(zhuǎn)。
[0068] 斗輪機空間定位包括一套基準站設備和六臺移動站設備。基準站設備安裝在#2 轉(zhuǎn)運站頂部，移動站分別安裝在現(xiàn)場兩臺斗輪機頂部和大臂前端。
[0069] 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)安裝在每臺斗輪機的駕駛室中，用于給激光掃描儀和GPS進行供 電、采集激光掃描儀和GPS數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)遠程傳送給盤煤系統(tǒng)軟件以及給斗輪機駕駛員展 示數(shù)字化煤場相關(guān)要求參數(shù)使用。
[0070] 在燃料管理辦公室設置數(shù)據(jù)終端處理系統(tǒng)一臺，用于接收數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)、煤 場三維模型處理和與數(shù)字化煤場通信。
[0071] 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)終端處理系統(tǒng)使用無線網(wǎng)絡電臺方式連接。
[0072] 掃描儀安裝位置為斗輪機主體結(jié)構(gòu)的頂端，利用斗輪機現(xiàn)有主體結(jié)構(gòu)頂端平臺為 基礎(chǔ)，在上面通過安裝輔助升高支架、云臺（旋轉(zhuǎn)電機）、激光掃描儀掃描平臺等設備，實現(xiàn) 煤場的全范圍掃描。
[0073] 掃描儀安裝輔助升高支架高度為4米，使用雙層鋼管設計，外層鋼管固定，內(nèi)層鋼 管上下伸縮。鋼管厚度70MM。輔助升高支架頂端安裝旋轉(zhuǎn)電機（云臺），云臺上安裝水平 橫梁，水平橫梁一端安裝激光探頭，另外一端GPS移動站以及配重鉛塊。通過主體部分的電 機控制支架升高和降低，云臺控制水平橫梁旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)采集點附近煤場整個區(qū)域的掃描。 [0074] 支架旋轉(zhuǎn)部分通過云臺控制旋轉(zhuǎn)，使用220V交流電機帶動減速機，控制橫梁旋轉(zhuǎn) 速度，提高掃描精度。吊臂旋轉(zhuǎn)定位通過在電機頂部安裝接近開關(guān)，作為旋轉(zhuǎn)啟動的起點和 終點。在旋轉(zhuǎn)部分通過編碼器獲得旋轉(zhuǎn)角度，與激光掃描儀數(shù)據(jù)進行對應。
[0075] 數(shù)據(jù)采集點設置
[0076] 由于掃描儀掃描距離為對煤堆最遠80米，通過斗輪機大臂長度一般在40米以內(nèi)， 斗輪機尾車部分長度也在40米左右，同時為了使掃描儀掃描范圍重疊部分相對較多，因 此，按照斗輪機大臂距離設置采集點，例如，一般300米的煤場設置5到6個采集點。
[0077] 測量前準備
[0078] 將大臂轉(zhuǎn)動到與導軌平行位置。
[0079] 測量方式
[0080] 斗輪機運行到每個數(shù)據(jù)采集點后，斗輪機停止，啟動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，激光掃描系統(tǒng) 通過頂部旋轉(zhuǎn)支架，在斗輪機頂部旋轉(zhuǎn)一圈，獲得掃描范圍內(nèi)的煤堆高度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通 過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時發(fā)送到盤煤處理軟件中。
[0081] 斗輪機在每個數(shù)據(jù)采集點都進行完一次數(shù)據(jù)采集后，整個盤煤過程結(jié)束。
[0082] 斗輪機的旋轉(zhuǎn)掃描時，旋轉(zhuǎn)一圈需要時間為2分鐘，掃描完成后，旋轉(zhuǎn)部分自動回 轉(zhuǎn)。通過在軟件中對煤場區(qū)域及掃描儀參數(shù)做處理后，可以實現(xiàn)煤場區(qū)域的全部數(shù)據(jù)掃描， 實現(xiàn)煤場區(qū)域無死角掃描。
[0083] 本系統(tǒng)設備空間定位系統(tǒng)使用GPS實時差分定位方式。GPS實時差分定位是指 在測量點上實時得到高精度的定位結(jié)果。這種模式的具體方法是：在一個已知測站上架設 GPS基準站接收機和數(shù)據(jù)電臺，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星，并通過數(shù)據(jù)電臺向移動站發(fā)送差分 改正數(shù)據(jù)。移動站接收機通過移動站數(shù)據(jù)電臺接收基準站發(fā)射來的差分改正數(shù)據(jù)，并在移 動站接收機內(nèi)部進行處理，從而實時得到移動站的高精度位置。
[0084] GPS設備對現(xiàn)場環(huán)境要求比較高，需要在空曠地方安裝才能快速準確的接收衛(wèi)星 信號。在本方案中使用的GPS差分模式需要建立一個GPS基準站和多個GPS移動站，GPS基 準站安裝在#2輸煤轉(zhuǎn)運站頂端，電源從#2輸煤轉(zhuǎn)運站內(nèi)部獲取。GPS移動站分別安裝在斗 輪機頂部和大臂前端。通過安裝升高支架將GPS設備升高。
[0085] 智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是集數(shù)據(jù)采集、功能設置、數(shù)據(jù)傳輸、現(xiàn)場盤料與一體的現(xiàn)場數(shù) 據(jù)采集設備。其安裝在斗輪機控制室，連接激光掃描儀和行程編碼器，整合數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)發(fā) 送至網(wǎng)絡上的其他計算機。另外，軟件也可以在本地完成采集，將采集數(shù)據(jù)通過U盤等存儲 介質(zhì)拷貝到盤煤軟件中進行數(shù)據(jù)恢復。該數(shù)采儀系統(tǒng)性能穩(wěn)定，具有可視化界面、支持觸摸 操作，使用10寸觸摸屏，界面操作簡單，通過幾個簡單按鈕就能完成所有操作，非常適合現(xiàn) 場運行人員使用。
[0086] 現(xiàn)場控制機箱安裝在斗輪機駕駛室中，用于將激光掃描儀和旋轉(zhuǎn)編碼器采集到的 數(shù)據(jù)進行整合，再通過網(wǎng)線或其他途徑發(fā)送到遠程控制計算機中，進行計算?？刂茩C箱還具 備現(xiàn)場盤存功能，無需遠程計算機控制控制，在現(xiàn)場即可采集煤場掃描數(shù)據(jù)，通過簡單觸屏 操作即可將數(shù)據(jù)直接存入U盤中，具體操作方式在下文會有詳細說明?？刂茩C箱本身具有 電源開關(guān)，用于控制機箱電源的開閉，由堆取料機電源供給220V交流電，總的電源通過安 裝在儀器支架下部的電源插排開關(guān)控制。
[0087]由于電廠中煤場周邊不易鋪設電纜，對于整個煤場的數(shù)據(jù)采集完全通過斗輪機完 成，采集完的數(shù)據(jù)通過常規(guī)的通信方式很難實現(xiàn)煤場數(shù)據(jù)的實時傳輸。本方案中通過無線 網(wǎng)橋的方式完成數(shù)據(jù)傳輸，無線網(wǎng)橋選用中科院產(chǎn)品，是針對工業(yè)以太網(wǎng)應用而設計的一 款長距離、高速率、工業(yè)級的無線網(wǎng)絡電臺。它工作在336 - 344MHz范圍，傳輸距離在視距 情況下最大可達100公里，支持512Kbps的空中通信速率。客戶可以通過以太網(wǎng)關(guān)或串口 網(wǎng)關(guān)輕松的從基礎(chǔ)網(wǎng)絡上得到信息。
[0088] 終端處理系統(tǒng)用于實現(xiàn)現(xiàn)場激光掃描儀和空間定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理工作，同時， 終端處理系統(tǒng)上安裝盤煤系統(tǒng)處理軟件，可以實現(xiàn)遠程盤煤系統(tǒng)的處理工作，同時，將每次 盤煤的結(jié)果及數(shù)據(jù)存儲到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，數(shù)字化煤場系統(tǒng)通過調(diào)用每次的盤煤數(shù)據(jù)，實現(xiàn) 實時和歷史盤煤結(jié)果的查看。
[0089] 激光盤煤系統(tǒng)通過激光掃描儀對煤場連續(xù)進行定點掃描，由旋轉(zhuǎn)傳感器采集角度 數(shù)據(jù)，目標采樣點的角距可達到0.2 %每秒鐘采樣有效點可達到2000點。由智能盤煤系 統(tǒng)軟件對測量數(shù)據(jù)進行處理，最終獲得煤場精確三維圖像。
[0090] 通過網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)將采集的煤堆三維坐標數(shù)據(jù)發(fā)送到中心計算機，或在本地計算 機進行快速準確的堆體的體積計算及堆體三維透視景觀圖的生成。激光盤煤系統(tǒng)進行數(shù)據(jù) 處理與分析由處理終端（便攜式筆記本）自動完成，處理時間不超過3分鐘。
[0091] 系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)整個煤場的全程無盲區(qū)掃描，并對數(shù)據(jù)進行的實時三維圖像處理。 在三維建模、圖形擬合、模量計算等單元，均采用先進的航天圖像處理技術(shù)。通過合理算法， 剔除無效數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)計算的精確可靠。在使用本系統(tǒng)盤存前，料場無需整形，數(shù)據(jù)處理 后即可完美重現(xiàn)料場三維圖像。軟件設計先進、智能，人機交互友好，可視化程度高。
[0092] 通過場景數(shù)據(jù)輸入和模型構(gòu)建，將系統(tǒng)采集生成的堆體三維圖像進行顯示、旋轉(zhuǎn)、 平移等交互操作，使被測目標堆體立體重現(xiàn)一目了然。系統(tǒng)除能夠生成整個煤場的三維圖 形外，還可以對三維圖形分塊管理。用戶可以在三維圖形中使用簡單鼠標鍵盤操作分割煤 堆，并設置分塊煤堆屬性，包含分塊體積，密度，重量，燃燒值，產(chǎn)地等多種信息。分塊結(jié)果也 可單獨生成詳細的三維圖形報表，從而實現(xiàn)對煤場的科學有效管理。
[0093] 系統(tǒng)可將煤場現(xiàn)有體積、體積變化量及實際盤煤儲量、盈虧數(shù)量等生成"月末燃料 盤點統(tǒng)計報表"以報表的形式提供給用戶。系統(tǒng)能夠自動生成三維數(shù)據(jù)文件及報表文件，并 在指定位置長時間保存共享。報表及數(shù)據(jù)庫文件與現(xiàn)有的辦公軟件兼容，授權(quán)用戶可以方 便查詢報表及三維數(shù)據(jù)圖形，并對數(shù)據(jù)進行有效管理備份。
[0094] 本套系統(tǒng)除實現(xiàn)現(xiàn)場盤煤功能外，還可以根據(jù)用戶需求，提供遠程無線傳輸控制 功能。經(jīng)授權(quán)的用戶可在電廠局域網(wǎng)中，遠程操作監(jiān)督整個盤煤過程。
[〇〇95] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種數(shù)字化盤煤系統(tǒng)，其特征在于：包括激光掃描模塊（1)，空間定位模塊（2)，智能 數(shù)據(jù)采集模塊（3)，數(shù)據(jù)傳輸模塊（4)，終端處理模塊（5)和數(shù)據(jù)展現(xiàn)發(fā)布模塊（6); 所述激光掃描模塊（1)和空間定位模塊（2)設置于斗輪機頂端平臺上，激光掃描模塊 (1) 將采集的被測目標的表面形態(tài)信息發(fā)送給智能數(shù)據(jù)采集模塊（3)，空間定位模塊（2)將 采集的斗輪機的空間位置信息發(fā)送給智能數(shù)據(jù)采集模塊（3)，智能數(shù)據(jù)采集模塊（3)將表 面形態(tài)信息和空間位置信息通過數(shù)據(jù)傳輸模塊（4)發(fā)送給終端處理模塊（5)，終端處理模 塊（5)根據(jù)表面形態(tài)信息和空間位置信息得到被測目標的表面形態(tài)、存煤信息和三維坐標 數(shù)據(jù)，進而進行煤堆的三維建模，生成三維建模圖形，數(shù)據(jù)展現(xiàn)發(fā)布模塊（6)對存煤信息進 行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并對統(tǒng)計后的存煤信息及三維建模圖形進行發(fā)布。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化盤煤系統(tǒng)，其特征在于：所述激光掃描模塊（1)和空 間定位模塊（2)設置于斗輪機頂端平臺的輔助升高支架上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字化盤煤系統(tǒng)，其特征在于：所述輔助升高支架包括支架 主體，水平橫梁和旋轉(zhuǎn)云臺，所述旋轉(zhuǎn)云臺內(nèi)部包括減速電機和旋轉(zhuǎn)編碼器； 所述支架主體為具有雙層鋼管的結(jié)構(gòu)，其中外層鋼管固定，內(nèi)層鋼管在外層鋼管內(nèi)部 進行上下伸縮，旋轉(zhuǎn)云臺設置于內(nèi)層鋼管的頂端，連接內(nèi)層鋼管和水平橫梁，所述旋轉(zhuǎn)云臺 內(nèi)部的減速電機的旋轉(zhuǎn)軸與水平橫梁的中部固定，水平橫梁的一端設置有激光掃描模塊 (2) ，水平橫梁的另一端設置有空間定位模塊（2)的一個移動站，旋轉(zhuǎn)云臺內(nèi)部的減速電機 根據(jù)智能數(shù)據(jù)采集模塊（3)發(fā)送的電機控制信號使旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸在轉(zhuǎn)動時帶動 水平橫梁旋轉(zhuǎn)，進行采集點附近煤場區(qū)域的待測目標的表面形態(tài)信息的掃描及空間位置信 息的定位。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化盤煤系統(tǒng)，其特征在于：所述激光掃描模塊（1)為激 光測距儀。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化盤煤系統(tǒng)，其特征在于：所述空間定位模塊（2)包括 一個GPS基準站和三個GPS移動站，所述GPS基準站設置于輸煤轉(zhuǎn)運站頂端，其中兩個GPS 移動站分別設置于斗輪機的大臂前端，用于獲取斗輪機的大臂的旋轉(zhuǎn)角度及斗輪機的大臂 的俯仰角度，另外一個GPS移動站設置于水平橫梁的一端，用于測量水平橫梁的旋轉(zhuǎn)角度， GPS移動站的接收機通過移動站數(shù)據(jù)電臺接收GPS基準站發(fā)射來的差分改正數(shù)據(jù)，并在移 動站接收機內(nèi)部進行處理，從而實時得到移動站的高精度位置，進而得到斗輪機的空間位 置信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化盤煤系統(tǒng)，其特征在于：智能數(shù)據(jù)采集模塊（3)還用 于將表面形態(tài)信息和空間位置信息進行存儲。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化盤煤系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)傳輸模塊（4)通過 無線方式傳遞表面形態(tài)信息和空間位置信息。
8. -種數(shù)字化盤煤方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1 :激光掃描模塊（1)采集被測目標的表面形態(tài)信息，空間定位模塊（2)采集被測 目標的空間位置信息； 步驟2 :激光掃描模塊（1)和空間定位模塊（2)分別將采集的被測目標的表面形態(tài)信 息和空間位置信息發(fā)送給智能數(shù)據(jù)采集模塊（3); 步驟3 :智能數(shù)據(jù)采集模塊（3)將表面形態(tài)信息和空間位置信息通過數(shù)據(jù)傳輸模塊（4) 發(fā)送給終端處理模塊（5); 步驟4 :終端處理模塊（5)根據(jù)表面形態(tài)信息和空間位置信息得到被測目標的表面形 態(tài)和三維坐標數(shù)據(jù)，進而進行煤堆的三維建模、生成三維建模圖形； 步驟5 :數(shù)據(jù)展現(xiàn)發(fā)布模塊（6)根據(jù)終端處理模塊（5)得到的三維數(shù)據(jù)以及三維建模 圖形，對存煤信息進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并對統(tǒng)計后的存煤信息及三維建模圖形進行發(fā)布。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的數(shù)字化盤煤方法，其特征在于：還包括步驟6 :在斗輪機完成 取煤作業(yè)后，激光掃描模塊重新采集被測目標的表面形態(tài)信息，空間定位模塊重新采集被 測目標的空間位置信息。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)字化盤煤方法，其特征在于：終端處理模塊根據(jù)新獲取的 剩余存煤的表面形態(tài)信息及空間位置信息，更新存煤數(shù)據(jù)，形成最新的存煤的三維建模圖 形，并對三維建模圖形進行顯示。
【文檔編號】G01S19/42GK104111035SQ201410315132
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月3日
【發(fā)明者】張悅, 韓璞, 徐楠楠, 劉淼, 景杰 申請人:華北電力大學（保定）