激光盘煤装置的原理

2. 激光盘煤装置的组成及原理
2.2建立测量观测网和空间直角坐标系
图2 辅助点观测网
2. 激光盘煤装置的组成及原理
2.2建立测量观测网和空间直角坐标系 在现实世界中，所有的物体都具有三 维特征，将三维物体及二维数据联系在一 起的惟一纽带就是坐标 建立空间直角坐标 系，煤场采样点才有意义，采样的数据点 在同一坐标系下，以便于煤堆三维重建。
2. 激光盘煤装置的组成及原理
2.5 体积计算 将方格的4个角上的高程相加( 如果角上没 有高程点，通过周围高程点内插值得出其高程 ) ，取平均值与地平高程相减，然后乘以指定 方格的面积便得到该煤堆的体积，取其和即为 煤堆体积。方格边长越小，计算精度越高 计 算公式如下:
Zi1 Zi 2 Zi 3 Zi 4 H 0 V Si 4 i 1
2. 激光盘煤装置的组成及原理
2.3煤堆数据采样及转换 煤堆数据是按照一定的顺序在观测点 上用仪器测量煤堆轮廓的特征点获取的。 手持激光多功能测距仪 测量煤堆将获 得斜距方位垂直角，并不是三维坐标，因 此需进行转换才能获得煤堆的三维坐标数 据。
2. 激光盘煤装置的组成及原理
2.3煤堆数据采样及转换 • 1) 斜距: 测量仪器到目标点的直线距离 用 表示. • 2) 方位角: 测量仪器平视线与正北方向的夹 角，用 表示。 • 3) 垂直角: 测量仪器的测点至观测目标的方 向线与水平面间的夹角，用 表示。
2. 激光盘煤装置的组成及原理
2.1盘煤系统硬件组成及工作原理 硬件系统主要完成采集煤堆轮廓数据 点，包括2个设备，1个多功能测量设备用 于采集数据，个手持电脑用于收发数据。 如图 1所示。
图1.盘煤系统硬件组成框图
2. 激光盘煤装置的组成及原理
2.2建立测量观测网和空间直角坐标系 由于在一个点根本不能观测到整个煤堆的 轮廓外形，因此必须建立测量观测网 测量观 测网可以获得煤堆轮廓的多个观测点 观测点 又叫基点，设置在测量仪器的地方，用来采集 煤堆轮廓特征点数据; 把煤堆表面的特征点叫 碎部点。 有时煤场太大或形状复杂，还需建立辅助 点，采集的点越密，绘制的三维越逼真 如图2 所示。
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2.4三维重建 边扩展算法: 判断这条边被使用过的次数， 如果此边已用了2次或只使用一次但它是边缘， 就不需对其进行扩展 否则，搜索与待扩展三 角形的第3点分别位于待扩展边两侧的点，除 去冗余点( 包括封闭点) ，比较各点与待扩展边 两端点构成的角，构成的角最大的点就是扩展 出的三角形的第3点 。将扩展出的三角形加入 三角形链表。 生成煤堆轮廓图之后利用OpenGL光照﹑ 投影等技术由 实现煤堆三维图形显示。
2. 激光盘煤装置的组成及原理
2.1盘煤系统硬件组成及工作原理 盘煤系统工作原理是在煤场建立观测 网和空间坐标系，利用精密测量仪器在观 测网上采集煤堆轮廓数据点，然后将这些 数据点按照一定的数学模型转换为三维坐 标，利用VC和OpenGL技术进行煤堆三维图 形复现，用方格网算法计算煤堆的体积， 最终用体积乘以煤的比重获得存煤量。
电厂燃煤的库存盘点，作为整个燃料管理系统 中的一个环节，有着举足轻重的重要性。人们一直 在寻求一种方法，可以准确地获得发电厂存煤量。 早期人们用推煤机将不规则煤堆整形，然后用尺子 丈量，计算出煤堆的体积，再乘以煤的比重，得到 存煤量将这样的过程称为盘煤但是，这种方法测量 结果误差较大。为了准确地获得火电厂存煤量，节 省发电成本，投运激光盘煤测量装置是一种很好的 方法。该系统大大改善了工人的劳动条件,减少了人 为因素产生的测量误差,实现了煤场的自动化盘煤。 现场运行实践证明了该系统安全、可靠、省时,取得 了很好的测量效果。
1. 激光盘煤装置产生的技术背景
激光盘煤：以激光测距配以角度测量 完成煤堆表面有限点的空间位置坐标的测 量，用一定方法建模后，计算出煤堆的体 积。激光盘煤仪由于具体的硬件形态和原 理不同，又细分出几大类、十几个具体型 号。比如：便携式，全自动，斗轮机式(固 定式)，多功能式等。
2. 激光盘煤装置的组成及原理
基本方法原理：利用激光盘煤仪测量煤堆 表面上的有限特征点的空间位置信息（X，Y， Z坐标），利用这些点建立煤堆的立体模型， 计算模型的体积，并认可其为煤堆的体积，进 而求算出煤的重量(质量)；从以上描述中我们 可以看出，影响最后结果精度的因素有四个： 测量点的精度，建立模型的精度，计算体积的 精度，密度测量的精度。前三点是我们评价一 款盘煤仪好坏的主要依据。当然，设备的可靠 稳定性，使用的便捷性，工作效率的高低等也 必须事先考虑到。
2. 激光盘煤装置的组成及原理
2.3煤堆数据采样及转换
图3煤场数据采样及转换
2. 激光盘煤装置的组成及原理
2.4三维重建 先利用Delaunay算法生成煤堆轮廓图，然 后利用VC和OpenGL等技术生成三维。 令P={ , ,… } 为平面域上N个散点的集合， 三角剖分是将P集合中点按一定方式连接成互 不交叉的三角形网图形，Delaunay三角形具有 三角剖分最小内角为最大和空圆性质，能够使 生成的三角网最优，是一种最常用的方法。 Delaunay三角剖分算法用链表来实现，链表包 括点链表边链表和三角形链表。
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2.4 三维重建 算法实现: 将散乱的点加入点链表，用链 表的头节点做第1点，在点链表中搜索与其距 离最近的点，由这2点链成的线作为第一条边 加入边链表。然后在点链表中找到与这条边2 个端点构成的角最大的点作为第1个三角形的 第3点，将第1个三角形加入三角形链表。紧接 着用第1个三角形的3条边分别向3面扩展，调 用边扩展算法.如果所有的边均剖分结束，三 角剖分完成。
2. 激光盘煤装置的组成及原理
2.5 体积计算 用方格网算法计算煤堆体积，再用煤的比 重乘以体积得到存煤量。 方格网算法: 将煤场按纵横2个方向分成 M×N个网格，这一过程相当于把煤堆切成个 M×N底为四边形的小煤柱。计算各小煤柱的体 积。累计各小煤柱的体积之和，这样也就计算 出了整个煤堆的体积，N取值越大，越精确。
N
式中: 为地平高程， 为第i个小方格面积。
谢谢！
激光盘煤装置的介绍及原理
导师：苏杰 班级：硕自动化142班 姓名：苏磊
日期：2014年12月4日
目录
1. 激光盘煤装置产生的技术背景 2. 激光盘煤装置的组成及原理 2.1盘煤系统硬件组成及工作原理 2.2建立测量观测网和空间直角坐标系 2.3煤堆数据采样及转换 2.4三维重建 2.5体积计算
1. 激光盘煤装置产生的技术背景
2. 激光盘煤装置的组成及原理
2.3煤堆数据采样及转换
x x0 sd cos sin y y0 sd cos cos z z0 sd sin
式中: x0，y0 ，z0 为原始坐标点，可以取( 0， 0，0) 或取(1 000，1 000，1 000) 等。
2. 激光盘煤装置的组成及原理
2.3煤堆数据采样及转换 数据采样过程: 如图3所示，设基点 坐 标为( 0，0，0) ，通过基点 的坐标去测量， 经过式(1)转换得到 三维坐标，依次类推， 得到 ， 坐标。得到观测网数据之后，由每 个基点去测量碎部点。CX测距仪获取的每 个点的斜距方位角垂直角，可通过式(1) 将 其转换成三维坐标。