煤堆的數(shù)量統(tǒng)計(jì)

【專家解說】：如果煤堆是 規(guī)則的話 可以 估出來。 一般不同的煤有不同的堆密度 單位t/m3 原煤 0.85-1.0 精煤 0.8-0.9 中煤 1.2-1.4 煤泥 1.2-1.3 矸石你們肯定不堆吧 1.6 先估算出煤堆體積 你說的問題是煤炭堆場一個(gè)比較常見的問題，有很多研究成果。你可以去咨詢一下。附一篇論文 大型散堆料煤體積測量系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用 李保社 趙榮閣 李宏遠(yuǎn) 灤河發(fā)電廠 承德067002 1 大型散堆料煤體積測量系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值 大型不規(guī)則煤場體積的準(zhǔn)確測量，多年來一直是一個(gè)技術(shù)難題。以火電廠為例，發(fā)電成本的70％～80％是用于燃煤費(fèi)用，做好燃煤管理是電力部門經(jīng)營管理的重要工作之一。長期以來國內(nèi)火電廠普遍采用人工盤煤的方法測量煤場的儲煤量，盤煤工作量較大，投入人力、物力較多，且測量誤差較大。由于人工盤煤整形不是十分精確，水平面是傾斜的，煤堆的各面凹凸不平，采用直尺測量容易造成與實(shí)際存煤量的偏差，直接影響發(fā)供電煤耗的準(zhǔn)確計(jì)算。新測量系統(tǒng)的投入，不但測量快速，數(shù)字準(zhǔn)確，而且不受煤場形狀約束，不論白天、陰雨天、黑夜（具備照明光源的情況下）均可進(jìn)行盤煤。 2 VID－01體積測量系統(tǒng)示意圖 系統(tǒng)示意框圖見圖1。 3 VID－01體積測量系統(tǒng)的測量技術(shù) 散堆物料是指其形狀不規(guī)則的物體。即物體處于水平面之上，其頂部和四周均由多個(gè)數(shù)量不等的二次曲面連接而成，構(gòu)成物體的5個(gè)表面；二次曲面基元可用Z＝F（x，y）描述。四周與基面相交所圍成的基面部分是基元二次曲面的定義域。根據(jù)基面與5個(gè)表面所限定的空間計(jì)算物體的體 積。粗略地講，體積測量是空間點(diǎn)坐標(biāo)的測量，由曲面方程逼近和體積擬合組成。 體積測量系統(tǒng)是由普通高分辨率攝像機(jī)、云臺、多路切換器、圖像采集卡、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、電源組成的立體視覺測量裝置。主要特點(diǎn)是：用非測量攝像機(jī)作為觀測器件，以計(jì)算機(jī)立體視覺技術(shù)為基本模型，實(shí)現(xiàn)對大物體長距離的非接觸式測量，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測量精度高，操作方便。 該儀器系統(tǒng)在傳統(tǒng)立體視覺技術(shù)的基礎(chǔ)上，把雙目立體視覺技術(shù)應(yīng)用于工程實(shí)踐。其要點(diǎn)為：采用預(yù)先畸變校正，空間直線擬合，直線線性變換，平面三點(diǎn)控制循環(huán)迭代的方法對攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。用模糊數(shù)學(xué)的“隸屬函數(shù)”抑制噪聲、提取邊緣；用小波變換技術(shù)進(jìn)行多分辨率圖象分割；以集平均技術(shù)與灰浮點(diǎn)化技術(shù)抑制圖像差異；按多子區(qū)域加權(quán)灰度重心法的亞像素級特征提取特征點(diǎn)；利用變分辨率的匹配方法和外極線定界及最佳相關(guān)線求取相關(guān)系數(shù)的方法進(jìn)行圖像匹配；采用動態(tài)標(biāo)定，同態(tài)測查（在測量中，當(dāng)攝像機(jī)就位后，要把誤差校正，像素對應(yīng)空間線度等同校正和標(biāo)定工作綜合進(jìn)行，在同態(tài)下，進(jìn)行物點(diǎn)空 間坐標(biāo)線度測量）。最后進(jìn)行三維恢復(fù)，物體重構(gòu)。 4 VID－01體積測量系統(tǒng)原理 采用先進(jìn)的立體視覺技術(shù)，對不規(guī)則物體進(jìn)行非接觸式測量。確定物體的三維坐標(biāo)，必須保證將物體上的每一個(gè)點(diǎn)用兩臺攝像機(jī)拍攝，如同人用兩只眼去觀察物體時(shí)就能夠確定物體的空間位置和大小。攝像機(jī)觀測與人眼觀測不同點(diǎn)在于，首先得到的是兩幅同一物體的平面圖像，通過計(jì)算機(jī)借助于這兩幅圖像的對應(yīng)點(diǎn)，即物體上的任一點(diǎn)對應(yīng)于采集到的平面圖像上的對應(yīng)點(diǎn)，用光學(xué)交匯的方法來求解出實(shí)際物體的三維坐標(biāo)，從而恢復(fù)被測物體的深度信息（即Z坐標(biāo)值）。 如果我們把攝像機(jī)拍攝到物體的每一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)都計(jì)算出來，就可以知道整個(gè)被測物體在空間的三維坐標(biāo)，從而計(jì)算出它的體積。但由于攝像機(jī)的視角有限，所要測量的煤場體積很大，每臺攝像機(jī)只在同一位置拍一幅圖像是不夠的。這就需要采用多臺偶數(shù)對攝像機(jī)進(jìn)行拍攝的方法來增加攝像機(jī)的拍攝視場角，并把所得到的圖像進(jìn)行拼接、校正，最后重新構(gòu)成被測物體的實(shí)際形狀，通過對應(yīng)性求解算出物體的體積及存儲量。我們所得到的被測物體實(shí)際形狀是不規(guī)則的，無法用一個(gè)簡單的計(jì)算公式去計(jì)算其體積。將實(shí)際物體的形狀細(xì)化成多個(gè)規(guī)則形體，然后再按各種規(guī)則形體的體積進(jìn)行計(jì)算，最終擬合出整個(gè)不規(guī)則形狀物體的體積。 對物體進(jìn)行體積測量，步驟如下： （1）對物體進(jìn)行圖像模糊處理和模糊識別。 （2）進(jìn)行圖像的邊緣檢測：采用邊緣檢測子、斜率差分、曲面擬合、滑動平均梯度、紋理邊緣檢測的概念。 （3）邊緣描繪：采用描繪子、傅立葉描繪子、鏈碼的概念。 （4）進(jìn)行二維圖像、二維投影、三維透視變換。 （5）不規(guī)則形狀擬合。 各種規(guī)則體積計(jì)算公式從略。 5 實(shí)驗(yàn)室工作 1996年9月組建了電視觀測實(shí)驗(yàn)室，利用亞像素技術(shù)進(jìn)行測量，相對精度為5×10－3。針對廣角攝像頭存在嚴(yán)重畸變問題，開發(fā)了R2校正和仿射變換校正模塊，標(biāo)定軟件效果良好。編寫了實(shí)用應(yīng)用程序，深化了攝像頭外方位參數(shù)標(biāo)定，采用線性變換、空間直線擬合、平面控制點(diǎn)循環(huán)迭代、圖 像模糊識別和模糊處理方法，效果良好。在體積擬合方面，進(jìn)行了多種規(guī)則的體積擬合仿真，考慮了體積擬合算法的能力和適應(yīng)性。采用了實(shí)時(shí)控制點(diǎn)，保證了標(biāo)志面的相對線性小于1％。用區(qū)域匹配和特征點(diǎn)匹配結(jié)合的算法提高了系統(tǒng)對光照的適應(yīng)性。增加了坡度限制、連續(xù)性限制，提高了對應(yīng)性的準(zhǔn)確度，具備了開發(fā)能力。 6 現(xiàn)場布站 在長230 m、跨度50 m、煤堆高9．6 m的煤場兩側(cè)對稱設(shè)置6個(gè)攝像照明塔，塔高20 m，設(shè)計(jì)最大風(fēng)速小于30 m／s，4級風(fēng)力塔尖擺動小于15mm，以保證攝像機(jī)原始參照點(diǎn)的穩(wěn)定性，減小采集圖像所產(chǎn)生的誤差，煤場地面每隔10 m設(shè)置一個(gè)反光 片，組成一個(gè)完整的參照系。現(xiàn)場布站示意圖見圖2。 圖2 體積測量系統(tǒng)現(xiàn)場布站示意圖 編號1～6號為專用攝像照明塔； 編號1～20號為CCD攝像機(jī) 7 工程實(shí)施的條件和落實(shí) （1）為避免采集圖像過程中的圖像干擾，攝像機(jī)系統(tǒng)和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)采用同一電源，加裝小電源變壓器和交直流穩(wěn)壓器，實(shí)現(xiàn)電源同步，并采用閉環(huán)線路一點(diǎn)接地。 （2）為保證采集圖像過程完整、連續(xù)，在連接攝像機(jī)的視頻電纜中間不設(shè)接頭，與信號切換器之間采用專用的電視接頭連接，使采集圖像的過程完整、快速。 （3）為避免視頻電纜引起圖像信號衰減，采用信號補(bǔ)償器，用旋轉(zhuǎn)信號補(bǔ)償器微調(diào)旋鈕可調(diào)整圖像亮度。 （4）考慮到天氣變化對圖像的影響，全天候攝像機(jī)可進(jìn)行自動調(diào)光。攝像機(jī)最低照度0．021 x，以保證陰雨天、黑天有照明的條件下也能夠使用。 （5）在保證分辨率的前提下，攝像機(jī)采用等 偏、等傾組合觀測的同一布置方式，可更多采集場景信息。選用攝像機(jī)水平解析度600線，像素795（水平）×596（垂直），對應(yīng)于煤場的一個(gè)點(diǎn)約6cm2。再用亞像素技術(shù)將其分割十等份，其十分之一對應(yīng)于煤場的每一個(gè)對應(yīng)點(diǎn)，將攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，提高其精度，便于軟件對圖像進(jìn)行精確的處理、計(jì)算。 （6）為避免信號切換器和信號補(bǔ)償器的電路板受溫度影響，采用性能較好的元器件，克服電路模擬量產(chǎn)生的信號漂移，保證攝像機(jī)圖像信號的正常切換。建議采集室安裝空調(diào)。 （7）軟件采用直線線性變換（DLT）方程，對圖像進(jìn)行預(yù)先校正，盡量減小系統(tǒng)誤差，使含有隨機(jī)分量的誤差達(dá)像素級。把像素級誤差隱含到攝像機(jī)內(nèi)外方位參數(shù)中?？朔捎诠庹諚l件、物景幾何形狀、物理特性、噪聲干擾等引起的誤差。消除由于CCD攝像機(jī)靶面電路工藝、光刻工藝、噪聲等使不同視點(diǎn)的圖象產(chǎn)生很大差異的現(xiàn)象。 （8）鑒于煤場體積較大，將煤場隨偶數(shù)對攝像機(jī)拍攝的圖像區(qū)域進(jìn)行處理、計(jì)算，然后采用國際領(lǐng)先的大幅圖像的拼接技術(shù)，提高了整個(gè)煤場的計(jì)算精度。 （9）地面的反光片由于受環(huán)境影響，容易臟污，故加設(shè)了可翻開的防護(hù)罩，采集圖像時(shí)可翻開。 8 系統(tǒng)應(yīng)用 系統(tǒng)安裝完畢后，于1998年6月至7月進(jìn)行調(diào)試，用標(biāo)定塊測試，測量準(zhǔn)確度在5×10－3左右；8～9月對此測量系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，靜態(tài)偏差平均值為0．68％，在煤場存煤量不變的情況下用推土機(jī)對煤場頂部改變形狀，進(jìn)行動態(tài)重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，重復(fù)精度平均值為±0．768％（離散性誤差）。 9月末，又在我廠新煤場（長230 m，跨度50m，煤堆高9 m）做人工盤煤與使用該測量系統(tǒng)的對比實(shí)驗(yàn)。人工盤煤結(jié)果為65 320 t，測量系統(tǒng)測 量數(shù)據(jù)為65 788 t，測量系統(tǒng)比人工盤煤多468 t。由于測量系統(tǒng)將不同曲面形狀的煤都計(jì)算在內(nèi)，測量系統(tǒng)結(jié)果比人工盤煤稍大一些。至1999年6月，經(jīng)10個(gè)月運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定，使用效果良好。 使用此測量系統(tǒng)進(jìn)行盤煤，效果良好，整個(gè)煤場僅用25 min即可完成全部測量采集圖像工作，圖像存盤后，微機(jī)自動進(jìn)行煤場全幅圖像拼接，體積計(jì)算2 h后自動出結(jié)果。微機(jī)自動進(jìn)行采集圖像及體積計(jì)算，操作簡單方便，屏幕顯示全部漢化，基本免培訓(xùn)。 9 集團(tuán)公司的現(xiàn)場測試和評審意見 1999年7月，華北電力集團(tuán)公司兩次組織專家組進(jìn)行現(xiàn)場測試。 第一次測試項(xiàng)目為重復(fù)性誤差和測量誤差，以人工盤煤結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)。人工盤煤前將煤場認(rèn)真整形，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的梯形體。 測試結(jié)論：重復(fù)性誤差為1．056％，平均值測量誤差小于1．17％（離散性誤差）。 測量6次，計(jì)算結(jié)果為： σ＝±0．775％， 2σ＝±1．55％集團(tuán)公司評審意見： 此測量系統(tǒng)重復(fù)性誤差小于2％，為一種新型的非接觸測量裝置，把雙目立體視覺技術(shù)應(yīng)用于工程實(shí)踐。此測量系統(tǒng)應(yīng)用攝像技術(shù)屬國內(nèi)首創(chuàng)，其裝置達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。建議在發(fā)電廠盤煤工作中推廣使用。