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二维激光扫描技术在矿仓计量系统的应用

发布时间:2021-01-29   |  所属分类:审计:论文发表  |  浏览:  |  加入收藏

  在矿山企业中,有着大量堆存精矿产品的大型矿仓。而对于大型矿仓内堆存矿物的计量,通常采用的是人工几何测量方式,通过全站仪等工具对矿物表面的若干点位数据进行采集,然后建立数据模型,拟合出堆存矿物的体积量。由于大型矿仓尺寸较大,人工测量采样点显著不足,拟合出的体积量不但误差较大且耗时较长,难以满足企业计量管理的需要。近年来,激光扫描测量技术日趋成熟[1-4],且精度显著提高,为解决大型矿仓快速准确计量提供了新途径。

二维激光扫描技术在矿仓计量系统的应用

  1计量原理

  计量系统采用在矿仓顶部行车上安装二维激光扫描仪和旋转编码器,以测量矿堆高度和行车移动的距离,并结合行车的移动完成对整个矿仓堆体的测量。测量数据被传送至计量计算机,自动完成矿仓堆存矿量的计算。扫描测量的基本原理如图1所示。根据微积分原理,矿仓堆存矿物的体积V可视为若干曲面微矿条ΔVi的累计,每个曲面微矿条ΔVi又可视为若干个曲面微矿元ΔSj的累计。而当曲面微矿元ΔSj趋近于无穷小时,其可用长、宽、高分别为Δxi、Δyj、zj的平顶柱替代,即:当二维激光扫描仪在矿堆表面的扫描点足够细密时,可视ΔSj趋近于无穷小。则Δxi、Δyj、zj可分别由旋转编码器的测量结果xi和二维激光扫描仪的测量结果(θj、rj)计算得式中,Δxi为行车在二维激光扫描仪一个扫描周期内移动的距离,m;θj和rj为二维激光扫描仪发出的激光束在偏转角度为θj时测得的距离rj;H为二维激光扫描仪的安装高度,m。利用计算机高速的计算能力和存储功能,可以快速完成上述计算任务,实现矿仓储矿量的准确计量。

  2系统实现

  2.1系统架构

  本系统在攀西某选矿厂铁精矿仓上进行了实施。该矿仓宽24m,高21m,长180m(分为东西2段,各90m)。结合现场实际,系统在东西两段的行车上分别安装了1台二维激光扫描仪、1台旋转编码器、1台无线AP及配套远程I/O控制模块,在集中控制室安装了1台无线AP及1台计量计算机。系统总体架构见图2。

  2.2设备选型及配置

  2.2.1二维激光扫描仪项目选用德国西克公司LMS511型二维激光扫描仪进行矿仓内堆存矿物高度的测量工作。该扫描仪采用激光-时间飞行原理及多重回波技术,能够准确测量物体的轮廓。设备主要参数见表1。2.2.2旋转编码器项目选用德国博思特公司OCDET型高精度多圈绝对型旋转编码器[5],配置一个周长500mm的测量轮,测量轮与行车轨面接触,当行车移动时,测量轮跟随旋转,以检测行车的移动方向和移动距离。其检测精度达±0.06mm,支持TCP/IP通讯。2.2.3无线AP项目选用研华公司的EKI-6311GN型无线AP[6-7]。该设备工作频率2.5GHz,不受无线电管控限制,能适应较恶劣的运行环境,输出功率600mW,最大传输距离5km,支持TCP/IP通讯,支持AP-Cli-ent模式,可实现一点对多点连接方式。2.3计量程序设计计量程序采用微软.NETFramework4.0版进行开发,数据库系统采用微软SQLSERVER2000Person版进行开发。计量系统具备多种数据处理及图像显示等功能,包括矿仓边界自动识别、扫描数据修正、无效数据过滤;各种测量数据动态显示:包括图像显示每个扫描截面的二维曲线和行车的行走位置及速度、远程控制扫描仪启停及参数设置等。

  3运行情况

  系统安装完成后,在矿仓东西两段各选取了2个对比测试断面,采用人工定点测量与系统自动测量进行对比,以考察系统的测量精度。比对测量结果见表2。由表2可见,当人工测量点越多时,两者的误差越小。与原人工测量方式规定的每个断面14个测点比较,测量误差超过±20%。直到人工测量点加密至59个时,人工测量值与系统自动测量值的误差才基本控制在了±1.5%的范围之内。可见自动计量系统显著提高了测量的精度。该系统只需1名操作人员在集控室启动计量系统,约10min左右即可完成整个矿仓堆存矿量的扫描,且可根据生产需要选择扫描测量矿仓内任意区段矿物的堆存量,并自动生成相关计量报表,极大方便了现场的生产管理。

  4结论

  基于激光二维扫描技术的大型矿仓计量系统能准确自动的完成大型矿仓堆存矿量的计量工作,在大幅提升计量精度和效率的同时,显著降低了测量人员现场作业的劳动强度与安全风险。在同类型大型矿仓的计量中具有很好的应用前景。

  参考文献

  [1]刘青,雍晟晖,任化帅,等.大空间激光扫描组合式测量方法研究[J].激光杂志,2020(9):32-39.

  [2]俞德崎,李广云,王力.移动激光扫描测量系统设计集成与实现[J].导航定位学报,2019(2):112-117.

  [3]廉旭刚,蔡音飞,胡海峰.我国矿山测量领域三维激光扫描技术的应用现状及在问题[J].金属矿山,2019(3):35-40.

  [4]程华伟,钱小峰.三维激光扫描技术在梅山铁矿的应用[J].现代矿业,2020(4):38-40.

  [5]BILLSCHWEBER.旋转编码器,成功实现运动控制的关键[J].中国集成电路,2016(3):86-89.

  [6]郭建伟.实例详析无线AP工作模式[J].网络安全和信息化.2020(7):103-110

  [7]徐江红,赵婉芳,赵静雅.通过AP和VLAN技术实现无线工作站到有线网络的连接[J].数字技术与应用.2017(5).46,141

  作者:贾永红 蒋应宁 文勇强

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