陳艷軍

摘 ?要：煤臺(tái)盤點(diǎn)是對煤炭庫存量進(jìn)行測量和計(jì)算。即通過科學(xué)測繪準(zhǔn)確得出庫存煤炭體積，結(jié)合測算的密度，計(jì)算庫存煤量。通過煤臺(tái)盤點(diǎn)，用實(shí)際數(shù)據(jù)與賬面存量對比，科學(xué)分析產(chǎn)、銷、存量，并有針對性的對煤臺(tái)進(jìn)行管控，準(zhǔn)確的煤臺(tái)盤點(diǎn)結(jié)果能夠?yàn)榫该汗靖魃a(chǎn)礦在生產(chǎn)過程中保持合理的煤炭存量提供可靠數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);盤煤;

一、全站儀盤煤的缺陷

目前，靖煤公司所屬四個(gè)生產(chǎn)礦儲(chǔ)煤場的盤煤方法為全站儀人工測量盤點(diǎn)法。從技術(shù)分析、安全分析和經(jīng)濟(jì)分析的角度將人工盤煤和無人機(jī)盤煤儀技術(shù)進(jìn)行比較，全站儀人工盤煤有以下缺陷：

（一）技術(shù)分析

由于煤臺(tái)堆放會(huì)根據(jù)生產(chǎn)需要及地形限制，煤臺(tái)成型差，人工測量時(shí)受煤堆的幾何形狀影響大，會(huì)造成精度低、誤差大，激光測量存在透視幾何定位死角和盲區(qū)、受揚(yáng)塵和大氣的光傳輸效應(yīng)影響較大，精度一般，并且后期處理時(shí)需歸整煤堆形狀，影響出圖時(shí)效和誤差。

（二）安全分析

使用全站儀盤煤時(shí)，需要盤點(diǎn)測量人員爬到煤堆頂部進(jìn)行煤堆測量，堆煤較多時(shí)造成大量人力浪費(fèi)，且每個(gè)礦煤堆都有回煤口，為了安全，測量回煤口附近時(shí)不能靠的太近，致使回煤口部分測量不上，影響測量精度。

（三）經(jīng)濟(jì)分析

使用人工全站儀進(jìn)行盤煤時(shí)，需要先對煤場地形熟悉，再選取煤場通視條件較好的位置做為測量控制點(diǎn)。盤點(diǎn)測量人員需對煤臺(tái)每一處進(jìn)行坐標(biāo)打點(diǎn)，且坐標(biāo)打點(diǎn)密度與精度有很大關(guān)系。盤點(diǎn)時(shí)行進(jìn)速度慢，盤煤耗費(fèi)時(shí)間長，每一個(gè)礦盤點(diǎn)最少需要半天，煤臺(tái)存量大時(shí)甚至需要一天。全站儀每臺(tái)售價(jià)達(dá)23萬元之多，而無人機(jī)盤煤系統(tǒng)僅需10萬余元。

二、無人機(jī)盤煤的應(yīng)用

靖煤公司在2020年9月購置大疆精靈PHANTOM 4 RTK無人機(jī)盤煤系統(tǒng)，是利用先進(jìn)的無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測遙控技術(shù)、通信技術(shù)、POS定位定姿技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù)，具有自動(dòng)化、智能化、專業(yè)化快速獲取空間遙感信息，并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、建模和分析的先進(jìn)技術(shù)。近年來，隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，其所具備高靈活性、低成本、高分辨率數(shù)據(jù)的快速獲取等優(yōu)勢得以體現(xiàn)。將無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用煤堆盤點(diǎn)測量上，可以有效解決傳統(tǒng)人工盤點(diǎn)法費(fèi)工費(fèi)時(shí)、準(zhǔn)確度低以及固定式盤煤儀盤煤法造價(jià)高、維護(hù)成本大等問題，為煤臺(tái)盤點(diǎn)提供優(yōu)秀解決方案。無人機(jī)盤煤技術(shù)的原理如下：

無人機(jī)盤煤技術(shù)的原理如下：

（一）規(guī)劃盤煤路徑

無人機(jī)具備自動(dòng)導(dǎo)航功能，操作人員綜合考慮無人機(jī)飛行平臺(tái)、影像分辨率、測區(qū)范圍、航高、設(shè)計(jì)航線、旁向重疊度和航向重疊度等因素規(guī)劃飛行路徑。無人機(jī)從煤堆場的一端沿直線往另一端飛行，到場地邊緣后自動(dòng)轉(zhuǎn)彎后平行飛回，如此往復(fù)，測完整個(gè)堆場，同時(shí)使相鄰兩張照片保持旁向重疊度和航向重疊度。

（二）進(jìn)行航拍

無人機(jī)起飛后通過提前設(shè)定好的路線進(jìn)行飛行，按照每2秒拍攝一張，通過連續(xù)重疊的地面拍攝，獲得煤堆的影像資料，通常，一個(gè)航次可以獲得上千張照片，對這些影像的匹配是關(guān)鍵步驟。通過特征匹配提取煤堆影像特征點(diǎn)，根據(jù)特征點(diǎn)、控制點(diǎn)、姿態(tài)數(shù)據(jù)和GPS 數(shù)據(jù)等信息，經(jīng)過空中三角測量，獲取每張照片的外方位元素和所有加密點(diǎn)的物方坐標(biāo)，最后經(jīng)過密集匹配，獲取三維密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

（三）點(diǎn)云獲取、生成三維圖片

為了快速獲得煤堆的體積，人們需要對前文獲得的密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理，將散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維體積模型，通常使用的是三角剖分方法，將散點(diǎn)集剖分成不均勻的三角網(wǎng)絡(luò)，滿足“最大化最小角"及“空圓性質(zhì)"的特性，最終使其具有“最接近""唯一性""最優(yōu)性""最規(guī)則""區(qū)域性"和“具有凸多邊形的外殼"等優(yōu)異特性，

通過三角剖分法形成TIN模型微單元，整個(gè)煤堆場可以看成無數(shù)煤場TIN模型微單元的集合，煤堆體積[V]可以通過無數(shù)個(gè)微單元體積的累加得到。

（四）煤堆自然堆積密度測量

煤堆的自然堆積密度往往不是一個(gè)固定值，不同煤種的密度不盡相同，即使同一煤種也會(huì)因其堆煤方式、含水量等不同而不同。因此，需要對煤堆的自然堆積密度進(jìn)行測算。

通常采用模擬法，根據(jù)《商品煤樣人工采取方法》（GB 475—2008）的采樣方法并按照《煤炭堆密度小容器測定方法》（MT/T 739-2011）的要求，對煤堆各部位進(jìn)行密度測量，并按照其占比計(jì)算權(quán)重，從而計(jì)算煤堆的自然堆積密度，結(jié)合煤堆體積量，計(jì)算煤堆存量。

三、與傳統(tǒng)盤煤技術(shù)相比較，無人機(jī)盤煤具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（一）技術(shù)分析

RTK 定位精度可以達(dá)到厘米級(jí)別，采用無人機(jī)盤煤可以有效的防止煤堆死角帶來的測量誤差，相位差激光測距可以達(dá)到毫米級(jí)，精度較傳統(tǒng)盤煤方法大幅度提高。

（二）安全分析

無人機(jī)盤煤系統(tǒng)大大減少了人員勞動(dòng)量，避免了人身安全問題，且防止死角誤差等，極大地提高了盤煤精度。

（3）經(jīng)濟(jì)分析

采用無人機(jī)盤煤系統(tǒng)，取代了傳統(tǒng)的人工盤煤方式，使得在盤煤過程中“自動(dòng)化”成為現(xiàn)實(shí)，大大節(jié)省了人力和資金支出，全程自動(dòng)完成，一次僅需要十五分鐘，工作量大幅度減小。采用無人機(jī)盤煤系統(tǒng)，只需一臺(tái)就可以滿足多個(gè)生產(chǎn)礦煤場使用，可以進(jìn)行模塊化升級(jí)，無需整套設(shè)備更換，維護(hù)成本低，從經(jīng)濟(jì)效益分析，無人機(jī)盤煤經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，省時(shí)省力，具有很強(qiáng)的優(yōu)勢。

四、總結(jié)

煤臺(tái)盤點(diǎn)是靖煤公司及各生產(chǎn)礦經(jīng)營管理的重要工作之一，同時(shí)也是生產(chǎn)管理、運(yùn)銷調(diào)度及成本核算的重要組成部分。無人機(jī)盤煤技術(shù)采用無人機(jī)搭載先進(jìn)感知平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對煤臺(tái)全區(qū)域巡查，并進(jìn)行煤臺(tái)儲(chǔ)量計(jì)算，實(shí)現(xiàn)煤臺(tái)的精確盤點(diǎn)，為公司的生產(chǎn)計(jì)劃、運(yùn)銷調(diào)度等提供科學(xué)決策依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

（1）李強(qiáng)，李天.無人機(jī)攝影測量在煤場儲(chǔ)量測算中的應(yīng)用[J.北京測繪，2019，33（4）：396-399.