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【摘 要】本文从体积测量角度对目前常用的盘煤技术，以康托手持式盘煤仪为例进行技术原理的阐述，并与英帕斯盘煤仪、SW-31盘煤仪和无人机盘煤仪AK65进行对比，并分析体积测量的技术难点与质量控制等，进一步阐述煤场库存盘点的发展趋势。
【关键词】三维成像技术;便携式盘煤仪;体积测量;技术对比
1 库存盘点的意义
煤场库存盘点是指对燃煤电厂煤炭库存进行量的统计，与入厂计量与燃料耗用所产生的账面煤场库存数据进行对比，评价统计质量，是燃料管理重要的研究方向。相比密度测量，体积测量技术更加完善，方法更加成熟，其使用方式得到业内广泛认可，本文着重从体积测量角度对其进行技术分析。
2 燃料库存体积测量方法
以康拓便携式激光盘煤仪为例阐述其测量流程和方法[1]。该仪器购买于湖南长沙三德仪器股份有限公司，仪器组成为美国康拓扫描仪和日本松下三防便携电脑。
简述流程如下：
其中外业工作部分中信息录入是指在便携电脑中输入煤场名称、方向角、零平面等基本信息。盘点作业流程如下图：
字母为作业人员站位位置，称为控点，数字为所选定点位置。定点一般选用明显的无遮挡特征点，例如煤棚钢架的特征交界处、高挂的照明灯、摄像头以及附近建筑物的顶角等。
A为工作人员初始站位，在A点通过扫描仪录入所有定点1至6的坐标。在A点完成前方煤堆的扫描后，行走至B点。由定点2和定点3确定站位点B的坐标，然后扫描B位置面前的煤堆，顺时针绕煤场一周，扫描全部煤堆表面。总之，根据煤场情况规划站位点，根据定点录入控点坐标。
在实际工作中，由于煤堆高度的遮挡等，在初始位置A无法录入所有定点，特别是对面的4，5两点，此时采用边校正边录入的方式。例如可在定点2和3确定的B站位，增加录入定点4，再通过定点3和4来确定C位置，在C位置录入定点5，通过这种方式解决初始位置视野遮蔽的情况。
此种方法值得注意的是由于定点由控点点而来，而后续控点又由新加入的定点校准而来，会造成误差的连续积累。例如在圆形煤场中，会造成最后一点无法闭环，行走到最后由定点5与6确定的控点E后，扫描定点1的位置，会发现其实测值与定点1的初始坐标有较大偏差。因此，定点位置能否闭环是判断采点准确度好坏的重要依据。此时可采用两个方向各走一半的方式来减少误差积累，示例图如下：
工作人员沿逆时针方向在站位点C完成盘点后，再回到初始位置沿顺时针方向进行盘点，在对面中间点F进行闭环。实践证明，定点数量越多，此种方法可减少的误差越多。
3 常见仪器使用方法对比
1、便携式盘煤仪分为两类，一类为手持式便携盘煤仪，一类为可飞行的无人机盘煤仪。选用其中具有代表性的三类盘煤仪，以内陆电厂非封闭十万方的非整形随机堆积库存为例，进行六个方面的对比，罗列如下该（三款仪器的技术资料由北京三维迈普有限公司提供）。
将以六项指标进对比后，定性分析如下图所示（仅为定性对比，具体情况视操作过程略有不同）：
3.1人员数量：工作人员紧张时，人员数量也是决定电厂选择盘煤仪的关键因素。
3.2工作效率：无人机盘煤盘点速度最快，但是其后期处理时间较长，在大型露天煤场具有绝对优势，在小型煤场工作效率不如前者。
3.3准确度：不仅包含仪器设备本身的工作准确度，还应考虑人员的操作水平，根据数理统计分析，得出误差在3%（5—10万方）左右，impulse与康拓的测量原理相近，也采用此种评价方式。无人机自动盘点基本屏蔽人为操作误差，选用仪器误差0.5%作为准确度评价。
3.4操作性：康拓盘煤仪最为便捷，无异常点修补的情况下，康拓盘煤仪扫描结束后可直接成图。
3.5特征点数量与测量准确度的相关性取决于操作类型，在以impulse、康拓等手持扫描仪等以人为扫描为主的手动扫描仪和以无人机和SW-31进行自动扫描的两种方式对扫点数量有不同的要求。
手动扫描建立在人为选取特征点的基础上，当煤场边界、煤堆顶线、腰线和底线等特征点录入仪器后，体积基本定型，数据能够达到完整值的百分之八十到九十，随后对煤堆沟坎谷峰等的细节录入，逐步使得图形完善形成最终结果。即当康拓扫描仪用1000點左右进行全部的特征点录入后，即使再录入至5000点，对体积测量结果影响不大。
而自动扫描由于无法智能分辨特征线条，所以点数越多，覆盖面越广，准确性越高。
这也是为何同样的十万方煤场，impulse产出100特征点左右，康拓产出1000点左右，而无人机产出数万点，其结果相差不大的原因，因为人为操作的优势在于智能辨识特征点。
4 盘煤仪选择
无人机盘煤仪因为其飞行速度快，覆盖面积大，尤其在沿海发电企业的大型煤场，其性能得以施展，可广泛应用。而对于内陆小型煤场，因其定位信号受到煤棚遮蔽的影响造成无法在全封闭的煤场进行作业，效率无法显现。
因此，大型露天煤场适合选用无人机盘煤;大多数内陆小型封闭型煤场，建议使用手持式盘煤仪进行定期盘点。
5 体积测量的质量控制
5.1不确定度分析
盘煤工作所测量的客体比较复杂，选用从正态分布的角度来进行误差分析，即误差在两倍标准差内的概率占到总测量总数的95.5%。通常认为，小概率事件在单次测量中并不发生，这也是单次测量的理论基础。即煤场库存的真实体积值在测量值的正负两倍标准差之间。即在燃料监督中，盘点结果与账面值相差两倍标准差以内，认为是盈亏平衡的。
5.2不同方法间的对比
不同盘煤仪间的方法对比，采用F检验法来判定两组数据是否具有相同的精密度{3}，由于没有体积测量的标准物质，暂时无法进行两种方法的准确度比较。 5.3质量评价
煤场库存盘点质量控制的标准是通过多次测量，利用数理统计的方式来进行评价，电厂燃料管理的账面值因为技术原因或管理原因，绝对不能作为评价依据。
如果要对盘煤仪进行评价，暂时没有体积标准物质，可依据其测距原理，参照普通测距仪器进行距离测定的准确度评价，以此来衡量扫描仪的测距准确度。
如果结果存疑，可以通过多次测量求平均值来提升准确性，如需仲裁可通过不同仪器对同一煤场进行多次测量来判定。
6 体积测量的难点
6.1管理影响
体积测量的技术远远高于燃料流程管理之上，盘点库存与实际库存所产生的盈亏偏差往往不是技术问题，其盈亏偏差是入厂计量和入炉计量的综合反映，甚至将燃料采购和燃料使用的矛盾体现出来，会出现账面数据为各方妥协的结果、而非技术测量的结果的管理漏洞，需要通过技术促改革，促进管理水平提升。
6.2密度的影响
单一体积的测量并无意义，煤场库存盘点还要考虑密度的因素，以库存量（吨）的结果形式输出。而密度测量目前尚未有统一执行并获得广泛认可的规范方法，且因为煤场混煤存放的具体情况而变得十分复杂。密度无法准确测量，那么体积测量的准确度对于库存量是毫无意义的。因此根据目前的密度测量的实际情况，体积测量技术已经完全满足当前需求。
6.3技术影响
从测量角度讲，会因为测距误差[2]，定点误差和控点误差等造成结果偏差。从数据处理角度讲，测量软件的测算原理是由点成面的拟合，因此，煤堆形状更规律，更有利于结果准确。对于非整形煤堆，由于数量大而凹面与凸面相抵，源于随机误差的对称性而使得测量误差得以抵消，但对于小量非整形煤堆，测量误差较大。
7 发展趋势
7.1自动扫描是趋势
在盘点过程中，由人为确定扫描点位和特征点，是造成体积测量误差的主要来源，工作站位无法标准化规范的情况下，只能通过使扫描点的选取客观化来控制误差，凡是扫描特征点有人工确定的，就存在通过主观调特征点的选取来调整测量结果的可能性。因此，手持便携盘煤仪的发展趋势是采用自动扫点来排除人为误差，在未来的燃料库存监管中，所选用的仪器具备自动扫点功能将会是基本要求。
7.2无人机盘煤是方向[3]
无人机盘煤仪在技术发展的过程中，逐步能够适应非全封闭顶棚的煤厂，相信隨着未来技术的进步，定位系统的革新，无人机能够实现在全封闭的煤场中进行盘点，将会极大扩展无人机的适用性。
7.3数字化煤场会普及
基于煤场未来的发展趋势[4]，燃料协同管理的需要，数字化煤场成为现代发电企业的必备技术，数字化煤场中所采用的固定式盘煤技术[5]，实现实时盘点，并且准确性高。基于固定式盘煤仪的数字化煤场将会是未来燃煤企业的发展趋势。
7.4亟待标准与规范
目前煤场盘点技术方面并无国家标准，盘煤仪也没有相应的校准和鉴定依据，因此，盘煤工作需要在实际工作中不断总结提炼，逐步走向规范化和标准化。
7.5管理理念需要与时俱进
评价体积测量是否准确的唯一标准是测量值与真实值的接近程度，而不是测量值与账面值的吻合程度。保证技术数据的准确性是测量工作的唯一要义，但保证技术数据真实客观的输出却需要管理理念的与时俱进。
参考文献：
[1]张 波，刘春雷，刘 琴，曾 蓉. 激光盘煤技术在火电厂储煤场管理中的应用.激光杂志，2014，35，5，53-58.
[2]侍云贵. 储煤场激光盘煤系统的测量误差分析和技改[J]. 工业控制计算机，2013，04，78-79.
[3]王江，薛铁柱，魏龙. 无人机盘煤在火力发电企业燃料管理中的应用. 华电技术，2019，6，78-80.
[4]刘怡君. 电力行业“数字化煤场”初探[J]. 通讯世界：下半月，2013，10，123-124.
[5]王晓霞. 固定式激光盘煤仪在电厂盘煤工作中的应用[J]. 煤质技术，2012，A01，39-40.
（作者单位：国家电投集团河南电力有限公司技术信息中心）
【关键词】三维成像技术;便携式盘煤仪;体积测量;技术对比
1 库存盘点的意义
煤场库存盘点是指对燃煤电厂煤炭库存进行量的统计，与入厂计量与燃料耗用所产生的账面煤场库存数据进行对比，评价统计质量，是燃料管理重要的研究方向。相比密度测量，体积测量技术更加完善，方法更加成熟，其使用方式得到业内广泛认可，本文着重从体积测量角度对其进行技术分析。
2 燃料库存体积测量方法
以康拓便携式激光盘煤仪为例阐述其测量流程和方法[1]。该仪器购买于湖南长沙三德仪器股份有限公司，仪器组成为美国康拓扫描仪和日本松下三防便携电脑。
简述流程如下：
其中外业工作部分中信息录入是指在便携电脑中输入煤场名称、方向角、零平面等基本信息。盘点作业流程如下图：
字母为作业人员站位位置，称为控点，数字为所选定点位置。定点一般选用明显的无遮挡特征点，例如煤棚钢架的特征交界处、高挂的照明灯、摄像头以及附近建筑物的顶角等。
A为工作人员初始站位，在A点通过扫描仪录入所有定点1至6的坐标。在A点完成前方煤堆的扫描后，行走至B点。由定点2和定点3确定站位点B的坐标，然后扫描B位置面前的煤堆，顺时针绕煤场一周，扫描全部煤堆表面。总之，根据煤场情况规划站位点，根据定点录入控点坐标。
在实际工作中，由于煤堆高度的遮挡等，在初始位置A无法录入所有定点，特别是对面的4，5两点，此时采用边校正边录入的方式。例如可在定点2和3确定的B站位，增加录入定点4，再通过定点3和4来确定C位置，在C位置录入定点5，通过这种方式解决初始位置视野遮蔽的情况。
此种方法值得注意的是由于定点由控点点而来，而后续控点又由新加入的定点校准而来，会造成误差的连续积累。例如在圆形煤场中，会造成最后一点无法闭环，行走到最后由定点5与6确定的控点E后，扫描定点1的位置，会发现其实测值与定点1的初始坐标有较大偏差。因此，定点位置能否闭环是判断采点准确度好坏的重要依据。此时可采用两个方向各走一半的方式来减少误差积累，示例图如下：
工作人员沿逆时针方向在站位点C完成盘点后，再回到初始位置沿顺时针方向进行盘点，在对面中间点F进行闭环。实践证明，定点数量越多，此种方法可减少的误差越多。
3 常见仪器使用方法对比
1、便携式盘煤仪分为两类，一类为手持式便携盘煤仪，一类为可飞行的无人机盘煤仪。选用其中具有代表性的三类盘煤仪，以内陆电厂非封闭十万方的非整形随机堆积库存为例，进行六个方面的对比，罗列如下该（三款仪器的技术资料由北京三维迈普有限公司提供）。
将以六项指标进对比后，定性分析如下图所示（仅为定性对比，具体情况视操作过程略有不同）：
3.1人员数量：工作人员紧张时，人员数量也是决定电厂选择盘煤仪的关键因素。
3.2工作效率：无人机盘煤盘点速度最快，但是其后期处理时间较长，在大型露天煤场具有绝对优势，在小型煤场工作效率不如前者。
3.3准确度：不仅包含仪器设备本身的工作准确度，还应考虑人员的操作水平，根据数理统计分析，得出误差在3%（5—10万方）左右，impulse与康拓的测量原理相近，也采用此种评价方式。无人机自动盘点基本屏蔽人为操作误差，选用仪器误差0.5%作为准确度评价。
3.4操作性：康拓盘煤仪最为便捷，无异常点修补的情况下，康拓盘煤仪扫描结束后可直接成图。
3.5特征点数量与测量准确度的相关性取决于操作类型，在以impulse、康拓等手持扫描仪等以人为扫描为主的手动扫描仪和以无人机和SW-31进行自动扫描的两种方式对扫点数量有不同的要求。
手动扫描建立在人为选取特征点的基础上，当煤场边界、煤堆顶线、腰线和底线等特征点录入仪器后，体积基本定型，数据能够达到完整值的百分之八十到九十，随后对煤堆沟坎谷峰等的细节录入，逐步使得图形完善形成最终结果。即当康拓扫描仪用1000點左右进行全部的特征点录入后，即使再录入至5000点，对体积测量结果影响不大。
而自动扫描由于无法智能分辨特征线条，所以点数越多，覆盖面越广，准确性越高。
这也是为何同样的十万方煤场，impulse产出100特征点左右，康拓产出1000点左右，而无人机产出数万点，其结果相差不大的原因，因为人为操作的优势在于智能辨识特征点。
4 盘煤仪选择
无人机盘煤仪因为其飞行速度快，覆盖面积大，尤其在沿海发电企业的大型煤场，其性能得以施展，可广泛应用。而对于内陆小型煤场，因其定位信号受到煤棚遮蔽的影响造成无法在全封闭的煤场进行作业，效率无法显现。
因此，大型露天煤场适合选用无人机盘煤;大多数内陆小型封闭型煤场，建议使用手持式盘煤仪进行定期盘点。
5 体积测量的质量控制
5.1不确定度分析
盘煤工作所测量的客体比较复杂，选用从正态分布的角度来进行误差分析，即误差在两倍标准差内的概率占到总测量总数的95.5%。通常认为，小概率事件在单次测量中并不发生，这也是单次测量的理论基础。即煤场库存的真实体积值在测量值的正负两倍标准差之间。即在燃料监督中，盘点结果与账面值相差两倍标准差以内，认为是盈亏平衡的。
5.2不同方法间的对比
不同盘煤仪间的方法对比，采用F检验法来判定两组数据是否具有相同的精密度{3}，由于没有体积测量的标准物质，暂时无法进行两种方法的准确度比较。 5.3质量评价
煤场库存盘点质量控制的标准是通过多次测量，利用数理统计的方式来进行评价，电厂燃料管理的账面值因为技术原因或管理原因，绝对不能作为评价依据。
如果要对盘煤仪进行评价，暂时没有体积标准物质，可依据其测距原理，参照普通测距仪器进行距离测定的准确度评价，以此来衡量扫描仪的测距准确度。
如果结果存疑，可以通过多次测量求平均值来提升准确性，如需仲裁可通过不同仪器对同一煤场进行多次测量来判定。
6 体积测量的难点
6.1管理影响
体积测量的技术远远高于燃料流程管理之上，盘点库存与实际库存所产生的盈亏偏差往往不是技术问题，其盈亏偏差是入厂计量和入炉计量的综合反映，甚至将燃料采购和燃料使用的矛盾体现出来，会出现账面数据为各方妥协的结果、而非技术测量的结果的管理漏洞，需要通过技术促改革，促进管理水平提升。
6.2密度的影响
单一体积的测量并无意义，煤场库存盘点还要考虑密度的因素，以库存量（吨）的结果形式输出。而密度测量目前尚未有统一执行并获得广泛认可的规范方法，且因为煤场混煤存放的具体情况而变得十分复杂。密度无法准确测量，那么体积测量的准确度对于库存量是毫无意义的。因此根据目前的密度测量的实际情况，体积测量技术已经完全满足当前需求。
6.3技术影响
从测量角度讲，会因为测距误差[2]，定点误差和控点误差等造成结果偏差。从数据处理角度讲，测量软件的测算原理是由点成面的拟合，因此，煤堆形状更规律，更有利于结果准确。对于非整形煤堆，由于数量大而凹面与凸面相抵，源于随机误差的对称性而使得测量误差得以抵消，但对于小量非整形煤堆，测量误差较大。
7 发展趋势
7.1自动扫描是趋势
在盘点过程中，由人为确定扫描点位和特征点，是造成体积测量误差的主要来源，工作站位无法标准化规范的情况下，只能通过使扫描点的选取客观化来控制误差，凡是扫描特征点有人工确定的，就存在通过主观调特征点的选取来调整测量结果的可能性。因此，手持便携盘煤仪的发展趋势是采用自动扫点来排除人为误差，在未来的燃料库存监管中，所选用的仪器具备自动扫点功能将会是基本要求。
7.2无人机盘煤是方向[3]
无人机盘煤仪在技术发展的过程中，逐步能够适应非全封闭顶棚的煤厂，相信隨着未来技术的进步，定位系统的革新，无人机能够实现在全封闭的煤场中进行盘点，将会极大扩展无人机的适用性。
7.3数字化煤场会普及
基于煤场未来的发展趋势[4]，燃料协同管理的需要，数字化煤场成为现代发电企业的必备技术，数字化煤场中所采用的固定式盘煤技术[5]，实现实时盘点，并且准确性高。基于固定式盘煤仪的数字化煤场将会是未来燃煤企业的发展趋势。
7.4亟待标准与规范
目前煤场盘点技术方面并无国家标准，盘煤仪也没有相应的校准和鉴定依据，因此，盘煤工作需要在实际工作中不断总结提炼，逐步走向规范化和标准化。
7.5管理理念需要与时俱进
评价体积测量是否准确的唯一标准是测量值与真实值的接近程度，而不是测量值与账面值的吻合程度。保证技术数据的准确性是测量工作的唯一要义，但保证技术数据真实客观的输出却需要管理理念的与时俱进。
参考文献：
[1]张 波，刘春雷，刘 琴，曾 蓉. 激光盘煤技术在火电厂储煤场管理中的应用.激光杂志，2014，35，5，53-58.
[2]侍云贵. 储煤场激光盘煤系统的测量误差分析和技改[J]. 工业控制计算机，2013，04，78-79.
[3]王江，薛铁柱，魏龙. 无人机盘煤在火力发电企业燃料管理中的应用. 华电技术，2019，6，78-80.
[4]刘怡君. 电力行业“数字化煤场”初探[J]. 通讯世界：下半月，2013，10，123-124.
[5]王晓霞. 固定式激光盘煤仪在电厂盘煤工作中的应用[J]. 煤质技术，2012，A01，39-40.
（作者单位：国家电投集团河南电力有限公司技术信息中心）