激光盤煤裝置的原理

1、激光盤煤裝置的介紹及原理班級：碩自動化班級：碩自動化142142班班姓名：蘇磊姓名：蘇磊日期：日期：2014年年12月月4日日導師：蘇杰導師：蘇杰目錄1. 激光盤煤裝置產(chǎn)生的技術背景2. 激光盤煤裝置的組成及原理 2.1盤煤系統(tǒng)硬件組成及工作原理 2.2建立測量觀測網(wǎng)和空間直角坐標系 2.3煤堆數(shù)據(jù)采樣及轉(zhuǎn)換 2.4三維重建 2.5體積計算1. 激光盤煤裝置產(chǎn)生的技術背景 電廠燃煤的庫存盤點，作為整個燃料管理系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，有著舉足輕重的重要性。人們一直在尋求一種方法，可以準確地獲得發(fā)電廠存煤量。早期人們用推煤機將不規(guī)則煤堆整形，然后用尺子丈量，計算出煤堆的體積，再乘以煤的比重，得到存煤量將

2、這樣的過程稱為盤煤但是，這種方法測量結(jié)果誤差較大。為了準確地獲得火電廠存煤量，節(jié)省發(fā)電成本，投運激光盤煤測量裝置是一種很好的方法。該系統(tǒng)大大改善了工人的勞動條件,減少了人為因素產(chǎn)生的測量誤差,實現(xiàn)了煤場的自動化盤煤。現(xiàn)場運行實踐證明了該系統(tǒng)安全、可靠、省時,取得了很好的測量效果。1. 激光盤煤裝置產(chǎn)生的技術背景 激光盤煤：以激光測距配以角度測量完成煤堆表面有限點的空間位置坐標的測量，用一定方法建模后，計算出煤堆的體積。激光盤煤儀由于具體的硬件形態(tài)和原理不同，又細分出幾大類、十幾個具體型號。比如：便攜式，全自動，斗輪機式(固定式)，多功能式等。2. 激光盤煤裝置的組成及原理 基本方法原理：利用激

3、光盤煤儀測量煤堆表面上的有限特征點的空間位置信息（X，Y，Z坐標），利用這些點建立煤堆的立體模型，計算模型的體積，并認可其為煤堆的體積，進而求算出煤的重量(質(zhì)量)；從以上描述中我們可以看出，影響最后結(jié)果精度的因素有四個：測量點的精度，建立模型的精度，計算體積的精度，密度測量的精度。前三點是我們評價一款盤煤儀好壞的主要依據(jù)。當然，設備的可靠穩(wěn)定性，使用的便捷性，工作效率的高低等也必須事先考慮到。2. 激光盤煤裝置的組成及原理2.1盤煤系統(tǒng)硬件組成及工作原理 盤煤系統(tǒng)工作原理是在煤場建立觀測網(wǎng)和空間坐標系，利用精密測量儀器在觀測網(wǎng)上采集煤堆輪廓數(shù)據(jù)點，然后將這些數(shù)據(jù)點按照一定的數(shù)學模型轉(zhuǎn)換為三維坐

4、標，利用VC和OpenGL技術進行煤堆三維圖形復現(xiàn)，用方格網(wǎng)算法計算煤堆的體積，最終用體積乘以煤的比重獲得存煤量。2. 激光盤煤裝置的組成及原理2.1盤煤系統(tǒng)硬件組成及工作原理 硬件系統(tǒng)主要完成采集煤堆輪廓數(shù)據(jù)點，包括2個設備，1個多功能測量設備用于采集數(shù)據(jù)，個手持電腦用于收發(fā)數(shù)據(jù)。如圖 1所示。圖1.盤煤系統(tǒng)硬件組成框圖2. 激光盤煤裝置的組成及原理2.2建立測量觀測網(wǎng)和空間直角坐標系 由于在一個點根本不能觀測到整個煤堆的輪廓外形，因此必須建立測量觀測網(wǎng) 測量觀測網(wǎng)可以獲得煤堆輪廓的多個觀測點 觀測點又叫基點，設置在測量儀器的地方，用來采集煤堆輪廓特征點數(shù)據(jù); 把煤堆表面的特征點叫碎部點。

5、有時煤場太大或形狀復雜，還需建立輔助點，采集的點越密，繪制的三維越逼真 如圖2所示。2. 激光盤煤裝置的組成及原理2.2建立測量觀測網(wǎng)和空間直角坐標系 圖2 輔助點觀測網(wǎng)2. 激光盤煤裝置的組成及原理2.2建立測量觀測網(wǎng)和空間直角坐標系 在現(xiàn)實世界中，所有的物體都具有三維特征，將三維物體及二維數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起的惟一紐帶就是坐標 建立空間直角坐標系，煤場采樣點才有意義，采樣的數(shù)據(jù)點在同一坐標系下，以便于煤堆三維重建。 2. 激光盤煤裝置的組成及原理2.3煤堆數(shù)據(jù)采樣及轉(zhuǎn)換 煤堆數(shù)據(jù)是按照一定的順序在觀測點上用儀器測量煤堆輪廓的特征點獲取的。 手持激光多功能測距儀 測量煤堆將獲得斜距方位垂直角，并不

6、是三維坐標，因此需進行轉(zhuǎn)換才能獲得煤堆的三維坐標數(shù)據(jù)。 2. 激光盤煤裝置的組成及原理2.3煤堆數(shù)據(jù)采樣及轉(zhuǎn)換 1) 斜距: 測量儀器到目標點的直線距離 用 表示. 2) 方位角: 測量儀器平視線與正北方向的夾角，用 表示。 3) 垂直角: 測量儀器的測點至觀測目標的方向線與水平面間的夾角，用 表示。 2. 激光盤煤裝置的組成及原理2.3煤堆數(shù)據(jù)采樣及轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)采樣過程: 如圖3所示，設基點 坐標為( 0，0，0) ，通過基點 的坐標去測量，經(jīng)過式(1)轉(zhuǎn)換得到 三維坐標，依次類推，得到 ， 坐標。得到觀測網(wǎng)數(shù)據(jù)之后，由每個基點去測量碎部點。CX測距儀獲取的每個點的斜距方位角垂直角，可通過式(

7、1) 將其轉(zhuǎn)換成三維坐標。 2. 激光盤煤裝置的組成及原理2.3煤堆數(shù)據(jù)采樣及轉(zhuǎn)換 式中: x0，y0 ，z0 為原始坐標點，可以取( 0，0，0) 或取(1 000，1 000，1 000) 等。 000cossincoscossindddxxsyyszzs2. 激光盤煤裝置的組成及原理2.3煤堆數(shù)據(jù)采樣及轉(zhuǎn)換 圖3煤場數(shù)據(jù)采樣及轉(zhuǎn)換2. 激光盤煤裝置的組成及原理2.4三維重建 先利用Delaunay算法生成煤堆輪廓圖，然后利用VC和OpenGL等技術生成三維。 令P= , , 為平面域上N個散點的集合，三角剖分是將P集合中點按一定方式連接成互不交叉的三角形網(wǎng)圖形，Delaunay三角形具有

8、三角剖分最小內(nèi)角為最大和空圓性質(zhì)，能夠使生成的三角網(wǎng)最優(yōu)，是一種最常用的方法。Delaunay三角剖分算法用鏈表來實現(xiàn)，鏈表包括點鏈表邊鏈表和三角形鏈表。 2. 激光盤煤裝置的組成及原理2.4 三維重建 算法實現(xiàn): 將散亂的點加入點鏈表，用鏈表的頭節(jié)點做第1點，在點鏈表中搜索與其距離最近的點，由這2點鏈成的線作為第一條邊加入邊鏈表。然后在點鏈表中找到與這條邊2個端點構(gòu)成的角最大的點作為第1個三角形的第3點，將第1個三角形加入三角形鏈表。緊接著用第1個三角形的3條邊分別向3面擴展，調(diào)用邊擴展算法.如果所有的邊均剖分結(jié)束，三角剖分完成。 2. 激光盤煤裝置的組成及原理2.4三維重建 邊擴展算法:

9、判斷這條邊被使用過的次數(shù)，如果此邊已用了2次或只使用一次但它是邊緣，就不需對其進行擴展 否則，搜索與待擴展三角形的第3點分別位于待擴展邊兩側(cè)的點，除去冗余點( 包括封閉點) ，比較各點與待擴展邊兩端點構(gòu)成的角，構(gòu)成的角最大的點就是擴展出的三角形的第3點 。將擴展出的三角形加入三角形鏈表。 生成煤堆輪廓圖之后利用OpenGL光照投影等技術由 實現(xiàn)煤堆三維圖形顯示。 2. 激光盤煤裝置的組成及原理2.5 體積計算 用方格網(wǎng)算法計算煤堆體積，再用煤的比重乘以體積得到存煤量。 方格網(wǎng)算法: 將煤場按縱橫2個方向分成MN個網(wǎng)格，這一過程相當于把煤堆切成個MN底為四邊形的小煤柱。計算各小煤柱的體積。累計各小煤柱的體積之和，這樣也就計算出了整個煤堆的體積，N取值越大，越精確。 2. 激光盤煤裝置的組成及原理2.5 體積計算 將方格的4個角上的高程