一种斗轮取料机单刀取料流量计算方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种斗轮取料机单刀取料流量计算方法及系统。本发明专利技术包括对煤场进行网格化划分；通过斗轮机的走行和姿态调整，确定激光扫描仪在煤场坐标系中的坐标；斗轮机搭载激光扫描仪进行煤场全域扫描；将扫描仪全域扫描后的扫描数据与网格化划分的煤场预设点进行三角构网，对三角构网煤场内所有预置点赋值高度；计算出三棱柱的体积得到煤场料堆的总体积，得出煤场的存煤信息；获取斗轮上的特征点在煤场中的三维位置坐标，遍历煤场中的预置位点是否在新建三角网格内；单刀取料完成后，煤堆模型更新，新旧模型的体积差即为单刀取料所产生的上煤总量。通过斗轮取料轨迹实时计算斗轮单行程取料的距离流量，为精准配煤提供了一种有效的技术手段。种有效的技术手段。种有效的技术手段。

【技术实现步骤摘要】
一种斗轮取料机单刀取料流量计算方法及系统


[0001]本专利技术涉及煤场安全作业
，尤其涉及一种斗轮取料机单刀取料流量计算方法及系统。

技术介绍

[0002]由于市场煤价逐年达到历史新高，无论从火电生产还是港口倒运都存在着配煤精准度的要求，配煤精准性则成为了企业追逐利益最大化的一个技术手段。
[0003]斗轮机是火电燃料系统和港口接卸业务中重要的执行设备，斗轮机取料过程中用户往往时刻在关注着取料量的变化，因为燃料系统的计量设备距离斗轮机作业地点较远，两点距离甚至能达到数公里远，至此皮带上会累计物料多达数十吨，由于火电厂中的原煤仓的容量有限，或是装港过程中船舱高位极限已达到，若紧急停止皮带线运行或面临着皮带重载启动的情况，这样的工况严重威胁着皮带机的使用寿命和工作效率。基于此，用户很难准确预测煤种的单刀取料量，很难完成精准配煤。

技术实现思路

[0004]根据上述提出的技术问题，而提供一种斗轮取料机单刀取料流量计算方法及系统。本专利技术采用的技术手段如下：
[0005]一种斗轮取料机单刀取料流量计算方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1、对煤场进行网格化划分，将煤场和斗轮机统一到一个局部坐标系中；
[0007]步骤2、斗轮机上设置激光扫描仪，通过斗轮机的走行和姿态调整，确定激光扫描仪在煤场坐标系中的坐标；
[0008]步骤3、将煤场内的预置位点纵坐标初始化为0；
[0009]步骤4、斗轮机搭载激光扫描仪进行煤场全域扫描；
[0010]步骤5、将扫描仪全域扫描后的扫描数据与网格化划分的煤场预设点进行三角构网，对三角构网煤场内所有预置点赋值高度；
[0011]步骤6、煤场的预置三角形被赋值高度后形成三棱柱，计算出所有三棱柱的体积得到煤场料堆的总体积，得出煤场的存煤信息；
[0012]步骤7、获取斗轮上的特征点在煤场中的三维位置坐标，遍历煤场中的预置位点是否在新建三角网格内，若存在则判断预置位点高度是否高于三角面，如果高于则赋值为三个顶点高度的平均值，如果低于则不做处理；
[0013]步骤8、单刀取料完成后，煤堆模型更新，新旧模型的体积差即为单刀取料所产生的上煤总量。
[0014]进一步地，所述斗轮机为悬臂式斗轮机，所述激光扫描仪为两台，二者分别安装在斗轮机悬臂末端两侧，悬臂式斗轮机执行走行扫描的过程中将悬臂回转使得两台扫描头分别获得内、外边坡的扫描数据，在运动至行走限位后，通过回转动作完成料堆在限位以外的位置扫描。
[0015]进一步地，步骤2整体激光扫描仪扫描原煤场后，空间三维坐标原点为斗轮机0限位处在基准面上的射影，右侧盘煤仪在煤场的空间坐标位置通过如下公式计算获得：
[0016][0017]其中，L1为斗轮机回转中心与俯仰中心点之间的直线距离，L2为扫描头安装支架到俯仰中心的直线距离，L3为扫描头固定增高支架的高度，L4为行走机构轨道的水泥面至煤场基准面之间的高度，L5为俯仰中心点至行走机构轨道的水泥面之间的高度，L6、L7分别为两台激光扫描仪扫描头至悬臂中心线的距离，S为斗轮机的走行数据、θ为回转角度、γ为俯仰角度，m为斗轮机在机械限位处时回转中心到煤场宽度边界的距离。
[0018]进一步地，步骤2中，激光扫描仪的扫描数据单周期数据集为平面极坐标数组，通过如下公式将料堆的点云数据转换至空间直角坐标系：
[0019][0020]其中，ρ为扫描所得距离，α
i
为扫描极角。
[0021]进一步地，所述步骤5中，将点云数据按照公式1、2进行直角坐标系转化，得到一组直角坐标阵列，忽略转化后的点云高度坐标值，将这些点云进行Delaunay三角构网，利用插值法构网。
[0022]进一步地，所述步骤7中，选取特征点，并基于如下公式计算特征点在煤场中的三维位置坐标：
[0023][0024]其中，θ为斗轮机悬臂的回转角度，γ为斗轮机悬臂的俯仰角度，S为斗轮机的走行距离，Δθ为特征点至悬臂中心线的角度、Δγ为球半径OA、OB至悬臂上平面的纵向夹角，l
OA
为斗轮机回转中心O与特征点A之间的距离。
[0025]进一步地，所述斗轮机为门式斗轮机，扫描仪的煤场空间坐标表达如公式2
‑
1所示：
[0026][0027]式中：L为扫描仪到非皮带侧轨道边缘的水平距离，H为扫描仪到煤场初始化高度的距离，a为扫描仪到顶部平台中心线的距离，m为顶部中心线到后轮机械限位极限的距离，S为斗轮机的走行距离。
[0028]进一步地，步骤2中，激光扫描仪的扫描数据单周期数据集为平面极坐标数组，通过如下公式将料堆的点云数据转换至空间直角坐标系：
[0029][0030]其中，ρ为扫描所得距离，α
i
为扫描极角。
[0031]进一步地，所述步骤7中，选取特征点，并基于如下公式计算特征点在煤场中的三维位置坐标：
[0032][0033][0034]R为斗轮半径，h为斗轮中心至活动梁高度测点水平线的距离，F为活动梁高度检测数据,E为斗轮的行程距离。
[0035]一种斗轮取料机单刀取料流量计算系统，包括斗轮机、激光扫描仪和控制系统，所述激光扫描仪与控制系统相连，所述激光扫描仪设置在斗轮机上，所述斗轮机与控制系统相连，
[0036]所述控制系统包括：
[0037]坐标系构筑及网格划分单元，用于获取煤场所在空间信息，并基于预设的边长将煤场坐标系划分为具有预设坐标点的网格化结构；
[0038]坐标转换单元，用于对激光扫描仪扫描数据进行坐标转换，使采集到的料堆的点云数据转换至空间直角坐标系；
[0039]插值构网单元，用于将激光扫描仪扫描数据的直角坐标阵列进行Delaunay三角构网，构网完成后，统计出这个点云获取周期内所有三角形的顶点索引；
[0040]底面重构单元，用于对取煤斗轮一次行程过程中的特征点轨迹点集进行Delaunay三角构网，构网完成后，遍历煤场中的预置位点是否在新建三角网格内，基于遍历结果进行Delaunay子三角形处理，进行煤堆工作面重构；
[0041]体积计算单元，用于对插值构网单元、底面重构单元构建的三角形赋值高度，并基于所有三棱柱的体积得到煤场料堆的总体积；
[0042]所述斗轮机包括悬臂式斗轮机或门式斗轮机。
[0043]本专利技术利用三维激光扫描仪对堆场煤垛进行扫描，对扫描出的点云数据进行处理包括计算、建模和渲染生成三维模型，三维模型中的每一个点都有一个坐标值，建立空间三维坐标系，将堆取料机定位数据包括走行、活动梁升降、斗轮行走都纳入到空间坐标系中，悬臂式斗轮机则包括走行、悬臂旋转和俯仰，数据从plc系统获取，通过斗轮取料轨迹实时计算斗轮单行程取料的距离流量，使得用户可以准确预测煤种的单刀取料量对安全生产和精准配煤提供了一种有效的技术手段。
附图说明
[0044]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种斗轮取料机单刀取料流量计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、对煤场进行网格化划分，将煤场和斗轮机统一到一个局部坐标系中；步骤2、斗轮机上设置激光扫描仪，通过斗轮机的走行和姿态调整，确定激光扫描仪在煤场坐标系中的坐标；步骤3、将煤场内的预置位点纵坐标初始化为0；步骤4、斗轮机搭载激光扫描仪进行煤场全域扫描；步骤5、将扫描仪全域扫描后的扫描数据与网格化划分的煤场预设点进行三角构网，对三角构网煤场内所有预置点赋值高度；步骤6、煤场的预置三角形被赋值高度后形成三棱柱，计算出所有三棱柱的体积得到煤场料堆的总体积，得出煤场的存煤信息；步骤7、获取斗轮上的特征点在煤场中的三维位置坐标，遍历煤场中的预置位点是否在新建三角网格内，若存在则判断预置位点高度是否高于三角面，如果高于则赋值为三个顶点高度的平均值，如果低于则不做处理；步骤8、单刀取料完成后，煤堆模型更新，新旧模型的体积差即为单刀取料所产生的上煤总量。2.根据权利要求1所述的斗轮取料机单刀取料流量计算方法，其特征在于，所述斗轮机为悬臂式斗轮机，所述激光扫描仪为两台，二者分别安装在斗轮机悬臂末端两侧，悬臂式斗轮机执行走行扫描的过程中将悬臂回转使得两台扫描头分别获得内、外边坡的扫描数据，在运动至行走限位后，通过回转动作完成料堆在限位以外的位置扫描。3.根据权利要求1或2所述的斗轮取料机单刀取料流量计算方法，其特征在于，步骤2整体激光扫描仪扫描原煤场后，空间三维坐标原点为斗轮机0限位处在基准面上的射影，右侧盘煤仪在煤场的空间坐标位置通过如下公式计算获得：其中，L1为斗轮机回转中心与俯仰中心点之间的直线距离，L2为扫描头安装支架到俯仰中心的直线距离，L3为扫描头固定增高支架的高度，L4为行走机构轨道的水泥面至煤场基准面之间的高度，L5为俯仰中心点至行走机构轨道的水泥面之间的高度，L6、L7分别为两台激光扫描仪扫描头至悬臂中心线的距离，S为斗轮机的走行数据、θ为回转角度、γ为俯仰角度，m为斗轮机在机械限位处时回转中心到煤场宽度边界的距离。4.根据权利要求3所述的斗轮取料机单刀取料流量计算方法，其特征在于，步骤2中，激光扫描仪的扫描数据单周期数据集为平面极坐标数组，通过如下公式将料堆的点云数据转换至空间直角坐标系：其中，ρ为扫描所得距离，α
i
为扫描极角。
5.根据权利要求4所述的斗轮取料机单刀取料流量计算方法，其特征在于，所述步骤5中，将点云数据按照公式1、2进行直角坐标系转化，得到一组直角坐标阵列，忽略转化后的点云高度坐标值，将这些点云进行Delaunay三角构网，利用插值法构网...

【专利技术属性】
技术研发人员：邸大禹，郭涛，王海彬，徐享南，李扬，赵治丞，
申请(专利权)人：华能国际电力股份有限公司大连电厂，
类型：发明
国别省市：