天宝三维激光扫描技术在煤堆体积测量上的应用

特色功能 任意三维 视角、模式观察 数据、基于法线 方向观察数据
Office 任 意量取（坐标、 空间距离、坡
度、角度）
Trimble 三维后处理软件特点功能 图例
任来自百度文库等高 线（等值线）（基 于三角格网）
体积测量。 土方测量；基于 任意上下表面
监测、数据 对比分析
任意纵横 断面切取分析
三、盘煤三维扫描技术实现过程 扫描成果——密集而又精确的点云，点间距 5cm，精度 1cm 三维 TIN 模型——用点云直接构建，与现实堆体完全一致的尺寸与形状
[后处理软件] Trimble 的后处理软件是自有专业团队开发并完全拥有专利；强大而周全的软件体
系使我们的客户可以使用这个完整的方案就可以自如的完成自己的工作。
著名的 Trimble RealWorks，是目前市场上功能最强大的 3D 数据后处理软件。她 拥有三个模块涵盖多个专业。
模块 1：Registration。可以实现多种点云拼接模式、导线平差、引入地理参考、目 标识别
此技术应用目前已经在国内开始推广，此方案的优点是： 1. 速度快－每秒 5000 点 2. 精度高－体积误差控制在千分之五 3. 智能化程度高－自动扫描，自动生成报告，并可以计算煤堆内任一指定范围内
的储煤量；
四、应用案例 在工程领域，经常有一些大型物料堆需要测量其体积，由于体积很大，形状又不规
则，测量很困难，如电厂、钢厂、煤矿里煤堆、矿堆等。天宝三维激光扫描技术的出现， 很好的解决了这一长期困扰国内各大火力发电厂的难题，具有较强的实用性和推广价值。 可有效地替代传统的人工测量方法，提高电厂的生产管理水平。
[方案构成与指标] Trimble 三维激光扫描解决方案主要由 Trimble GX 三维激光扫描仪和 Trimble RealWorks 后处理软件组成。 Trimble GX 三维激光扫描仪的激光速具有毫米级的测距精度（详细指标见附表）， 是获取高精度三维坐标的基本保障。测程最远达 350 米。它同时具有 360 度视野，全 方位的工作视角使仪器可以兼顾多个对象。 Trimble GX 三维激光扫描仪内置了高清晰 CCD 视频头，协助扫描工作同步监测、 遥控、选位、拍照，后期处理等。操作人员在办公室就可以看到实际工作场景，非常方 便地遥控仪器进行工作。Trimble GX 三维激光扫描仪具有百兆网络接入及 WiFi 无线宽 带接入能力，这使得它很容易在工作场区组网工作。获取的“点云”数据将通过网络实时 地传输到办公室的服务器中。
三维激光扫描仪获得的被测对象表面每个采样点空间立体坐标点的集合称为“点云”。 将相邻的空间点连接起来可以构成不规则三角网(TIN)立体模型或进一步构成规则格网 (Grid)立体模型，得到的 TIN/Gird 模型与原物体几乎完全一致，可以很好地用于研究被 测对象，最简单的就是量算体积面积，复杂点的可以进行对比分析其变化。因此被用于 形体的测绘、堆体体积的量算及变化分析。如建筑业中土方量的计算，采掘业、冶金工 业和能源工业中矿堆、渣堆和原料堆体积的量算等，乃至各行业中各种存储罐、罐车等 各种法制计量容器的容积标定。
煤堆储量（存煤量）测定工作是火电厂、煤矿等单位一项重要的测量工作,主要是 在于测定煤堆的体积。传统的测量方法是先用推土机对煤堆进行整形，人为地推成近似 梯形，再进行人工丈量，或者通过作煤堆剖面进行计算，该方法要求底面平整、投入人 力、物力较多，测量误差较大（>5%）效率不高（需要 3~4 天）。
日消耗量目前有传送称、门式激光盘煤系统、安装在斗轮机上的激光盘煤系统和较 多使用的 CCD 摄像盘煤系统。但都存在精度不高（>3%）、成本太高、故障率高和阴雨 天工作效果不佳的缺点。
天宝三维激光扫描技术解决方案，不依附于任何设备，不要求储煤场底面平整，不 要求形状规则，通过短时间的密集的高精度激光扫描，建立整个煤堆的高分辨率的真实 尺寸三维 TIN 模型，直接计算并输出详细的储量体积报告。由于其盘点一次的耗时极短， 可以实现每日扫描甚至更短的时间间隔的检测；将每天同一时点的三维 TIN 模型进行计 算，即可输出体积变化（日耗量）报告。具有自动化操作、省时快速、准确（高精度优 于 0.4%）和相对经济的特点，非常有利于电厂实现精益管理。
国电江苏分公司
天宝三维激光扫描技术在煤堆体积测量上的应用
李跃明 美国天宝公司三维激光事业部技术经理 2011 年 3 月 7 日 Confidential
一、概述
火电厂的燃煤管理是生产管理的重要环节，对电厂的经济指标有着直接影响，因而 迫切需要快速、准确地测出煤场的存煤量、日消耗量，以便于电厂进行成本核算、经济 效益评估和科学管理。
二、天宝三维激光扫描解决方案介绍
三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项重大突破性高新技术。它 通过高速激光束高速地获取被测对象表面的高分辨率空间三维坐标数据，为快速建立物 体的三维仿真模型提供了一种全新的技术手段。由于其具有快速、非接触、实时、主动、 高密度、高精度和数字化等特性，它的推广应用已经给各行业检测测量技术带来一次又 一次的革命。
项目 主机重量 扫描仪尺寸 mm 电源 激光安全等级 水平/垂直角度精度 空间分辨率 测程 测距精度 觇标点位获取精度 扫描区域 扫描速度 补偿器指标 实时 CCD 视频头 镜头支持缩放 工作方式 具备扩展端口
Trimble GX 三维激光扫描仪主要规格 指标
13.0 公斤含基座和提手 420x270x340mm 包含提手和基座 24 伏直流或 220 交流电 IEC 2M 均为 0.0017°/ 6 秒 3mm@100m，水平 360 度内可辨析 20 万点 350m @ 90%反射率 ±1.4mm@50m/±2.5mm@100m/±6.5mm@200m <1mm，100 米 360°，机身自主伺服驱动 最高速度为 5000 点每秒 补偿范围±6’ ,精度 0.5” 可以拍摄静态影像，最大 9 百万像素全景照片 1~5.5 光学放大倍率 可以在录像画面或照片上任意多变型选择扫描区域； 具备 1 个 USB 接口，1 个 100MB 网络接口，支持 WiFi 无线数据连接
模块 2：Office Survey。具备任意点云导入导出；点云的裁剪、取样、过滤；提取 线形地物；在办公室任意量测数据；任意纵横断面；点云矢量化；3D 等高线及标注； 三角格网生成；任意形体建模；隧道及道路；任意体积；监测数据分析工具；点云着色； 纹理贴图；连续正射影像，等功能。
模块 3：Modeler。基于点云的高级 3D 建模，快速的实现建筑物等复杂形体的建模。 它的界面简洁，操作步骤化，步步可预览；可以以任意视角观察浏览点云及 3D 模 型，以多种方式显示数据。并可以输出丰富、激动人心的成果；如生成 Word 和 Excel 格式的报告；而且生成的所有 2D 和 3D 结果均可输出到 AutoCAD/MicroStation 及其它 专业平台。
计算成果——计算 TIM 模型体积
输出计算报告
使用天宝三维激光扫描仪对煤场进行自动扫描， 通过局域网或者无线网络将两台激光 扫描机进行联网，通过控制中心软件自动设置扫描的频率，无需人工干预。扫描结束后计算 机对三维激光扫描仪所获得的数据进行合成处理，利用数字拟合技术建立煤场表面数字模型， 按体积积分原理计算煤堆体积，并根据数字模型绘制煤场立体图形。计算出的体积数再乘以 煤的比重即为煤场储煤量。
武汉冶金集团 （仪器自动获取的全景照片）
五、工作计划
安太煲露天煤矿应用
天宝公司希望与国电江苏公司技术部门进行进一步的技术交流，并对电厂进行实地考察， 了解现场的作业环境，讨论并制定详细的技术实施方案。在经过国电江苏公司技术可行 性认可后，进行实地测试。
[用途及应用领域] 三维激光扫描系统可以深入到任何复杂的现场环境及空间中，通过三维激光扫描直 接将各种大型的、复杂的、不规则实体或实景完整的采集到电脑中，进而快速重构出目 标的三维实体模型。而三维实体模型可用来做复制、仿制、修复、形体分析、改造、维 护、建档、及用于任务的模拟、训练、仿真、虚拟现实、推演、变形分析、有限元分析、 流体动力分析、逆向工程等各种处理分析。现在该技术已被广泛的应用于测绘、核电， 文物考古，建筑业，航天航空, 船舶，重工，军工军事，石化，医学，水利，冶金，电 力，交通，影视，教学，科研，公安刑侦……等诸多领域。 [应用原理]