火电、煤化工、港口储运等行业的露天及封闭储煤场,需要定期完成存煤盘点作业,库存计量结果是燃料成本核算、采购计划制定、配煤调度的重要基础依据。传统盘点作业大多依靠人工丈量、堆体整形后结合几何公式计算体积,整个作业过程需要投入较多人力,受煤堆不规则外形、场地地面凹凸变化的影响,计量结果会存在偏差,作业开展还会受到雨雪、大风等天气条件制约。激光雷达盘煤系统依托三维扫描采集技术,实现非接触式的堆体空间信息获取,结合软件三维建模完成体积测算,改变传统盘煤的作业模式,适配形态多变的各类物料堆体盘点场景,成为数字化煤场建设当中重要的数据采集工具。
激光雷达盘煤系统的工作逻辑,是通过雷达扫描单元发射信号,获取堆体表面大量空间点位信息,记录每一个点位的空间位置,形成完整的点云数据集。系统配套软件对海量点云数据进行处理,过滤现场环境带来的无效噪点,构建堆体的三维数字模型,基于三角网算法完成体积运算,结合物料堆积比重换算得到堆存物料总量。整套作业流程不需要对煤堆进行推平整形处理,面对高低起伏、坡面形态不规则的自然堆积煤堆,都可以完成数据采集,同时也能够处理场地本身地面不平整的工况,作业前可以记录场地原始地面曲面,以此作为计算基准,剥离地面形态对堆体体积测算带来的干扰。
在现场实际作业当中,整套系统由扫描采集硬件与后台处理软件共同组成,硬件部分具备对应的环境防护能力,能够适应露天煤场多粉尘、温差跨度大的户外工况,设备本体便携化设计,方便作业人员在煤场现场转运布设。设备扫描作业过程当中,可完成大范围空间角度扫描,扫描采集过程无需人员近距离接触堆体,规避在高大煤堆周边行走带来的作业风险。采集过程可以输出实时的采集状态提示,当采集点位的疏密程度达不到作业要求时给出提示,引导作业人员调整作业站位,保障点云采集的完整程度,避免因为采集密度不足影响最终计量结果。
现场作业的流程需要遵循对应的实操逻辑,正式开展扫描作业之前,需要对整个储煤区域开展现场勘查,梳理煤堆分区边界、围墙构筑物位置,识别现场作业过程中可能出现的干扰因素,规划扫描站点的布设位置。站点需要选择视野开阔的位置,避开大型移动机械设备的通行路径,保障扫描视线可以覆盖需要盘点的全部堆体范围。如果现场存在多组分堆,需要提前规划分堆边界,为后续软件分堆计算做好准备。硬件设备作业前需要完成状态检查,确认供电状态,清理光学窗口附着的粉尘,粉尘堆积会直接影响信号采集质量,产生大量无效噪点,增加后续软件处理的工作量。
扫描采集阶段,设备按照规划站点依次开展扫描,绿色激光指向可以帮助作业人员确认扫描覆盖范围,无论是白天光照充足的露天场地,还是光线偏弱的封闭煤棚内部,都可以开展采集工作。作业过程中如果有斗轮机、运输车辆等移动设备穿行于扫描视场当中,移动物体会在点云数据当中生成噪点,这类无效数据不需要现场重复采集,后续配套软件可以完成噪点剔除。遇到煤堆上方覆盖积雪的工况,软件可以识别积雪层,剥离积雪厚度,还原煤炭堆体真实形态;对于煤棚、钢结构支架这类堆体上方的构筑物,同样可以作为噪点过滤,只保留煤炭堆体本身的空间数据。
扫描完成后将全部点云数据导入配套处理软件,软件完成三维模型构建,支持对不同分区、不同批次的煤堆做分开体积计算,完整保留历次盘点的历史数据,实现多期库存数据对比,输出包含三维可视化图形、体积、存量信息的盘点报表,方便档案留存与内部管理查阅。三维可视化模型也可以为煤场调度人员提供直观的堆场空间状态参考,辅助堆取料作业方案制定。
想要获得稳定可靠的盘点结果,除设备本身性能以外,现场作业习惯与后期数据处理同样关键。采集点云的疏密程度直接关系计量结果,点位采集过于稀疏,会丢失堆体坡面、边角位置细节,带来测算偏差,作业时需要依据堆体规模,保证足够的采集密度;不同站点之间的扫描范围需要留有重叠区域,保障多站数据拼接的一致性。测量过程中需要避开强遮挡位置,围墙立柱、大型设备会造成局部扫描盲区,针对盲区需要增设额外扫描站点做补测。雨雪天气作业时,需要做好设备光学部件防护,减少水汽附着对扫描信号的影响。设备需要按照周期开展维护,做好存放保管,避免磕碰损伤光学组件,定期完成设备状态校验,维持长期使用过程的数据一致性。
激光雷达盘煤系统并不只是一个独立的测量工具,输出的盘点数据可以对接燃料管理平台,把空间存量信息和煤质、存煤周期、温度监测等信息相互联动,为煤场数字化管控提供底层空间数据支撑。在实际管理当中,应当正确理解设备的能力边界,严格遵循现场作业规范,规范前期勘查、现场采集、后期数据校验全流程,把设备测量结果和现场业务流程结合起来,充分发挥这套技术在储煤库存精细化管理当中的作用。