王海衡 孫金武

【摘?要】本文從體積測量角度對目前常用的盤煤技術(shù)，以康托手持式盤煤儀為例進(jìn)行技術(shù)原理的闡述，并與英帕斯盤煤儀、SW-31盤煤儀和無人機盤煤儀AK65進(jìn)行對比，并分析體積測量的技術(shù)難點與質(zhì)量控制等，進(jìn)一步闡述煤場庫存盤點的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】三維成像技術(shù);便攜式盤煤儀;體積測量;技術(shù)對比

1 庫存盤點的意義

煤場庫存盤點是指對燃煤電廠煤炭庫存進(jìn)行量的統(tǒng)計，與入廠計量與燃料耗用所產(chǎn)生的賬面煤場庫存數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，評價統(tǒng)計質(zhì)量，是燃料管理重要的研究方向。相比密度測量，體積測量技術(shù)更加完善，方法更加成熟，其使用方式得到業(yè)內(nèi)廣泛認(rèn)可，本文著重從體積測量角度對其進(jìn)行技術(shù)分析。

2 燃料庫存體積測量方法

以康拓便攜式激光盤煤儀為例闡述其測量流程和方法[1]。該儀器購買于湖南長沙三德儀器股份有限公司，儀器組成為美國康拓掃描儀和日本松下三防便攜電腦。

簡述流程如下：

其中外業(yè)工作部分中信息錄入是指在便攜電腦中輸入煤場名稱、方向角、零平面等基本信息。盤點作業(yè)流程如下圖：

字母為作業(yè)人員站位位置，稱為控點，數(shù)字為所選定點位置。定點一般選用明顯的無遮擋特征點，例如煤棚鋼架的特征交界處、高掛的照明燈、攝像頭以及附近建筑物的頂角等。

A為工作人員初始站位，在A點通過掃描儀錄入所有定點1至6的坐標(biāo)。在A點完成前方煤堆的掃描后，行走至B點。由定點2和定點3確定站位點B的坐標(biāo)，然后掃描B位置面前的煤堆，順時針繞煤場一周，掃描全部煤堆表面。總之，根據(jù)煤場情況規(guī)劃站位點，根據(jù)定點錄入控點坐標(biāo)。

在實際工作中，由于煤堆高度的遮擋等，在初始位置A無法錄入所有定點，特別是對面的4，5兩點，此時采用邊校正邊錄入的方式。例如可在定點2和3確定的B站位，增加錄入定點4，再通過定點3和4來確定C位置，在C位置錄入定點5，通過這種方式解決初始位置視野遮蔽的情況。

此種方法值得注意的是由于定點由控點點而來，而后續(xù)控點又由新加入的定點校準(zhǔn)而來，會造成誤差的連續(xù)積累。例如在圓形煤場中，會造成最后一點無法閉環(huán)，行走到最后由定點5與6確定的控點E后，掃描定點1的位置，會發(fā)現(xiàn)其實測值與定點1的初始坐標(biāo)有較大偏差。因此，定點位置能否閉環(huán)是判斷采點準(zhǔn)確度好壞的重要依據(jù)。此時可采用兩個方向各走一半的方式來減少誤差積累，示例圖如下：

工作人員沿逆時針方向在站位點C完成盤點后，再回到初始位置沿順時針方向進(jìn)行盤點，在對面中間點F進(jìn)行閉環(huán)。實踐證明，定點數(shù)量越多，此種方法可減少的誤差越多。

3 常見儀器使用方法對比

1、便攜式盤煤儀分為兩類，一類為手持式便攜盤煤儀，一類為可飛行的無人機盤煤儀。選用其中具有代表性的三類盤煤儀，以內(nèi)陸電廠非封閉十萬方的非整形隨機堆積庫存為例，進(jìn)行六個方面的對比，羅列如下該（三款儀器的技術(shù)資料由北京三維邁普有限公司提供）。

將以六項指標(biāo)進(jìn)對比后，定性分析如下圖所示（僅為定性對比，具體情況視操作過程略有不同）：

3.1人員數(shù)量：工作人員緊張時，人員數(shù)量也是決定電廠選擇盤煤儀的關(guān)鍵因素。

3.2工作效率：無人機盤煤盤點速度最快，但是其后期處理時間較長，在大型露天煤場具有絕對優(yōu)勢，在小型煤場工作效率不如前者。

3.3準(zhǔn)確度：不僅包含儀器設(shè)備本身的工作準(zhǔn)確度，還應(yīng)考慮人員的操作水平，根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計分析，得出誤差在3%（5—10萬方）左右，impulse與康拓的測量原理相近，也采用此種評價方式。無人機自動盤點基本屏蔽人為操作誤差，選用儀器誤差0.5%作為準(zhǔn)確度評價。

3.4操作性：康拓盤煤儀最為便捷，無異常點修補的情況下，康拓盤煤儀掃描結(jié)束后可直接成圖。

3.5特征點數(shù)量與測量準(zhǔn)確度的相關(guān)性取決于操作類型，在以impulse、康拓等手持掃描儀等以人為掃描為主的手動掃描儀和以無人機和SW-31進(jìn)行自動掃描的兩種方式對掃點數(shù)量有不同的要求。

手動掃描建立在人為選取特征點的基礎(chǔ)上，當(dāng)煤場邊界、煤堆頂線、腰線和底線等特征點錄入儀器后，體積基本定型，數(shù)據(jù)能夠達(dá)到完整值的百分之八十到九十，隨后對煤堆溝坎谷峰等的細(xì)節(jié)錄入，逐步使得圖形完善形成最終結(jié)果。即當(dāng)康拓掃描儀用1000點左右進(jìn)行全部的特征點錄入后，即使再錄入至5000點，對體積測量結(jié)果影響不大。

而自動掃描由于無法智能分辨特征線條，所以點數(shù)越多，覆蓋面越廣，準(zhǔn)確性越高。

這也是為何同樣的十萬方煤場，impulse產(chǎn)出100特征點左右，康拓產(chǎn)出1000點左右，而無人機產(chǎn)出數(shù)萬點，其結(jié)果相差不大的原因，因為人為操作的優(yōu)勢在于智能辨識特征點。

4 盤煤儀選擇

無人機盤煤儀因為其飛行速度快，覆蓋面積大，尤其在沿海發(fā)電企業(yè)的大型煤場，其性能得以施展，可廣泛應(yīng)用。而對于內(nèi)陸小型煤場，因其定位信號受到煤棚遮蔽的影響造成無法在全封閉的煤場進(jìn)行作業(yè)，效率無法顯現(xiàn)。

因此，大型露天煤場適合選用無人機盤煤;大多數(shù)內(nèi)陸小型封閉型煤場，建議使用手持式盤煤儀進(jìn)行定期盤點。

5 體積測量的質(zhì)量控制

5.1不確定度分析

盤煤工作所測量的客體比較復(fù)雜，選用從正態(tài)分布的角度來進(jìn)行誤差分析，即誤差在兩倍標(biāo)準(zhǔn)差內(nèi)的概率占到總測量總數(shù)的95.5%。通常認(rèn)為，小概率事件在單次測量中并不發(fā)生，這也是單次測量的理論基礎(chǔ)。即煤場庫存的真實體積值在測量值的正負(fù)兩倍標(biāo)準(zhǔn)差之間。即在燃料監(jiān)督中，盤點結(jié)果與賬面值相差兩倍標(biāo)準(zhǔn)差以內(nèi)，認(rèn)為是盈虧平衡的。

5.2不同方法間的對比

不同盤煤儀間的方法對比，采用F檢驗法來判定兩組數(shù)據(jù)是否具有相同的精密度{3}，由于沒有體積測量的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，暫時無法進(jìn)行兩種方法的準(zhǔn)確度比較。

5.3質(zhì)量評價

煤場庫存盤點質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)是通過多次測量，利用數(shù)理統(tǒng)計的方式來進(jìn)行評價，電廠燃料管理的賬面值因為技術(shù)原因或管理原因，絕對不能作為評價依據(jù)。

如果要對盤煤儀進(jìn)行評價，暫時沒有體積標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，可依據(jù)其測距原理，參照普通測距儀器進(jìn)行距離測定的準(zhǔn)確度評價，以此來衡量掃描儀的測距準(zhǔn)確度。

如果結(jié)果存疑，可以通過多次測量求平均值來提升準(zhǔn)確性，如需仲裁可通過不同儀器對同一煤場進(jìn)行多次測量來判定。

6 體積測量的難點

6.1管理影響

體積測量的技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燃料流程管理之上，盤點庫存與實際庫存所產(chǎn)生的盈虧偏差往往不是技術(shù)問題，其盈虧偏差是入廠計量和入爐計量的綜合反映，甚至將燃料采購和燃料使用的矛盾體現(xiàn)出來，會出現(xiàn)賬面數(shù)據(jù)為各方妥協(xié)的結(jié)果、而非技術(shù)測量的結(jié)果的管理漏洞，需要通過技術(shù)促改革，促進(jìn)管理水平提升。

6.2密度的影響

單一體積的測量并無意義，煤場庫存盤點還要考慮密度的因素，以庫存量（噸）的結(jié)果形式輸出。而密度測量目前尚未有統(tǒng)一執(zhí)行并獲得廣泛認(rèn)可的規(guī)范方法，且因為煤場混煤存放的具體情況而變得十分復(fù)雜。密度無法準(zhǔn)確測量，那么體積測量的準(zhǔn)確度對于庫存量是毫無意義的。因此根據(jù)目前的密度測量的實際情況，體積測量技術(shù)已經(jīng)完全滿足當(dāng)前需求。

6.3技術(shù)影響

從測量角度講，會因為測距誤差[2]，定點誤差和控點誤差等造成結(jié)果偏差。從數(shù)據(jù)處理角度講，測量軟件的測算原理是由點成面的擬合，因此，煤堆形狀更規(guī)律，更有利于結(jié)果準(zhǔn)確。對于非整形煤堆，由于數(shù)量大而凹面與凸面相抵，源于隨機誤差的對稱性而使得測量誤差得以抵消，但對于小量非整形煤堆，測量誤差較大。

7 發(fā)展趨勢

7.1自動掃描是趨勢

在盤點過程中，由人為確定掃描點位和特征點，是造成體積測量誤差的主要來源，工作站位無法標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范的情況下，只能通過使掃描點的選取客觀化來控制誤差，凡是掃描特征點有人工確定的，就存在通過主觀調(diào)特征點的選取來調(diào)整測量結(jié)果的可能性。因此，手持便攜盤煤儀的發(fā)展趨勢是采用自動掃點來排除人為誤差，在未來的燃料庫存監(jiān)管中，所選用的儀器具備自動掃點功能將會是基本要求。

7.2無人機盤煤是方向[3]

無人機盤煤儀在技術(shù)發(fā)展的過程中，逐步能夠適應(yīng)非全封閉頂棚的煤廠，相信隨著未來技術(shù)的進(jìn)步，定位系統(tǒng)的革新，無人機能夠?qū)崿F(xiàn)在全封閉的煤場中進(jìn)行盤點，將會極大擴展無人機的適用性。

7.3數(shù)字化煤場會普及

基于煤場未來的發(fā)展趨勢[4]，燃料協(xié)同管理的需要，數(shù)字化煤場成為現(xiàn)代發(fā)電企業(yè)的必備技術(shù)，數(shù)字化煤場中所采用的固定式盤煤技術(shù)[5]，實現(xiàn)實時盤點，并且準(zhǔn)確性高?；诠潭ㄊ奖P煤儀的數(shù)字化煤場將會是未來燃煤企業(yè)的發(fā)展趨勢。

7.4亟待標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

目前煤場盤點技術(shù)方面并無國家標(biāo)準(zhǔn)，盤煤儀也沒有相應(yīng)的校準(zhǔn)和鑒定依據(jù)，因此，盤煤工作需要在實際工作中不斷總結(jié)提煉，逐步走向規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。

7.5管理理念需要與時俱進(jìn)

評價體積測量是否準(zhǔn)確的唯一標(biāo)準(zhǔn)是測量值與真實值的接近程度，而不是測量值與賬面值的吻合程度。保證技術(shù)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是測量工作的唯一要義，但保證技術(shù)數(shù)據(jù)真實客觀的輸出卻需要管理理念的與時俱進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：國家電投集團河南電力有限公司技術(shù)信息中心）