圓形煤場三維可視化平臺研究與應(yīng)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(jìn)行煤場庫存盤點(diǎn)得到的三維數(shù)據(jù)點(diǎn)集散亂問題，提出了一種結(jié)合三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)插值和計(jì)算機(jī)視覺修正方法的設(shè)計(jì)方案。通過對三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，根據(jù)插值結(jié)果進(jìn)行三維網(wǎng)格點(diǎn)繪圖，再根據(jù)電廠每日煤量進(jìn)、耗、存實(shí)時基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，可以提高所繪的網(wǎng)格圖與圓形煤場實(shí)際形狀的擬合精度，利用Web、Unity3D與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)圓形煤場三維可視化展示，可實(shí)時提供煤場存煤量信息，動態(tài)修改網(wǎng)格圖形狀，為燃煤發(fā)電企業(yè)煤場科學(xué)增效管理提供決策支撐。

關(guān)鍵詞：圓形煤場 數(shù)據(jù)插值 Unity3D 三維可視化

中圖分類號：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)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(fā)電企業(yè)儲煤場對日常燃煤量與運(yùn)煤量不均衡起緩沖作用。煤場庫存盤點(diǎn)是發(fā)電企業(yè)燃煤調(diào)度管理的一項(xiàng)重要工作，煤場存煤量的快速準(zhǔn)確測量，是發(fā)電企業(yè)成本核算、經(jīng)濟(jì)效益評估和科學(xué)管理的重要依據(jù)。針對不同料場，存煤量盤點(diǎn)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(shè)備為載體，通過堆取料設(shè)備的移動，來實(shí)現(xiàn)對煤場分段自動掃描，對得到三維坐標(biāo)信息進(jìn)行擬合，這種盤煤方式受堆取料行走設(shè)備限制和數(shù)據(jù)處理不科學(xué)等因素影響，存在一定測量盲區(qū)，實(shí)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(jù)現(xiàn)場的存煤圖設(shè)計(jì)當(dāng)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(fèi)很多時間和物力。因此在激光盤煤儀數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)電廠DCS系統(tǒng)的實(shí)時存取煤數(shù)據(jù)，對存煤圖進(jìn)行實(shí)時更新，在經(jīng)濟(jì)成本和精度要求上都能得到相應(yīng)的保證。

1 煤場盤煤現(xiàn)狀

目前很多高校和電廠對不規(guī)則煤場體積的準(zhǔn)確測量進(jìn)行了研究，并且取得了一定成果，其主要技術(shù)手段及其優(yōu)缺點(diǎn)有以下幾方面。

（1）基于超聲測距的煤場儲量測繪系統(tǒng)。

該系統(tǒng)主要由脈沖超聲測距傳感器、數(shù)據(jù)采集儀和微機(jī)組成。在復(fù)雜煤場條件下，安裝在門式堆取料機(jī)上的超聲傳感器很難準(zhǔn)確測定空氣介質(zhì)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(jī)及其小車的機(jī)械運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)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(tǒng)。

在煤場周圍均勻布設(shè)一定數(shù)量的基礎(chǔ)控制點(diǎn)，選擇GPS或全站儀，在每個基礎(chǔ)控制點(diǎn)上，對煤堆有效觀測范圍內(nèi)進(jìn)行掃描。基礎(chǔ)控制點(diǎn)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(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)采集，對煤堆表面平緩區(qū)域，基礎(chǔ)控制點(diǎn)密度可相應(yīng)減少，對起伏明顯區(qū)域的點(diǎn)密度應(yīng)適當(dāng)加大。對測量數(shù)據(jù)中的空點(diǎn)、高程突變點(diǎn)等無效點(diǎn)進(jìn)行剔除預(yù)處理后，構(gòu)件不規(guī)則三角網(wǎng)模型，對煤堆體積進(jìn)行計(jì)算。為獲得較高盤煤精度，一般對全站儀精度和基礎(chǔ)點(diǎn)布設(shè)施工要求較高，且對人員技能要求較高，測量隨機(jī)性較大。

（3）煤場儲煤量激光檢測系統(tǒng)。

該系統(tǒng)主要由激光器和線陣CCD攝像機(jī)組成，其測量原理是依據(jù)成像點(diǎn)在線陣CCD上的不同位置來反應(yīng)煤堆表面各點(diǎn)高度，利用積分運(yùn)算得到煤堆體積。由于依靠堆取料機(jī)大型機(jī)械的運(yùn)動得到光電檢測系統(tǒng)平面掃描效果，對控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)際操作要求很高。