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基于激光扫描的料场测量系统的研究

张成博  
【摘要】:全国约80%的电力来自火力发电,而火力发电厂核算其发电成本的重要经济指标就是储煤量。传统盘煤的主要原理为:首先将堆积的煤炭通过斗轮堆取料机将其整成比较规则的梯形或矩形。再通过人工用皮尺丈量得到体积再乘以密度得出重量。该方法存在效率低、误差大、耗费人力、物力等缺点。因此,本文提出一种新的盘存测量思想,该盘煤系统轻巧、实用且适用于任何煤堆形状。 本文从获取三维数据场、测量设备控制、体积算法等方面展开研究如下: 第一,火力发电厂堆积的煤堆表面数据是一个变化的曲面体积数据,通过激光扫描仪扫描获取煤堆表面被测目标点的线距离、角度信息,然后通过一系列的几何转换,得到断面二维坐标数据。并通过位移传感器、角度传感器确定扫描仪实时位置信息,即每一个断面二维数据对应的第三坐标数据,将坐标进行有效匹配就可以构建出三维数据场。 第二,激光扫描仪是高精密光学传感器。由于在煤场、矿场,粉尘大、日晒高温、电磁干扰、潮湿结露等恶劣因素可能会影响测量精度及其工作的稳定性。为此,有必要设计自动温控系统以便给激光扫描仪提供适宜的工作温度环境。并且使用防灰密闭装置以达到保护扫描仪而避免灰尘弄脏镜头的目的。 第三,激光扫描仪硬件控制模块和编码器硬件控制模块的设计:编码器控制板通过获取编码器脉冲数据,并判断脉冲值是否达到系统设定的阀值,即确定激光扫描仪的位置,并发送串口指令让采集控制板触发激光扫描仪获取一帧断面信息。然后,经过空间几何转换得到断面二维坐标数据。最后通过特定的组合分析方法,整合同一时间的第三坐标数据及二维坐标数据,并通过特定的文件格式存储数据,得到整个料场离散的三维坐标数据。另外,对于获取到的大量离散三维坐标数据,用精确的数值积分算法进行切片体积计算,并通过误差分析法,最大限度减小误差并提高测量精度。最后通过三维数据的体积与密度的相乘计算出煤场的储煤量。 从工业应用的角度来看,利用本文所设计的体积测量系统,能够很大程度上提高大型料场体积测量效率和测量精度,并降低人工测量成本。所提出的测量分析系统具备实用性和前瞻性,具有一定的实用价值。


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