無人機在靖煤公司煤臺盤點中的應(yīng)用

陳艷軍

摘 ?要：煤臺盤點是對煤炭庫存量進行測量和計算。即通過科學(xué)測繪準確得出庫存煤炭體積，結(jié)合測算的密度，計算庫存煤量。通過煤臺盤點，用實際數(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進行管控，準確的煤臺盤點結(jié)果能夠為靖煤公司各生產(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;盤煤;

一、全站儀盤煤的缺陷

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

（一）技術(shù)分析

由于煤臺堆放會根據(jù)生產(chǎn)需要及地形限制，煤臺成型差，人工測量時受煤堆的幾何形狀影響大，會造成精度低、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，并且后期處理時需歸整煤堆形狀，影響出圖時效和誤差。

（二）安全分析

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

（三）經(jīng)濟分析

使用人工全站儀進行盤煤時，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。盤點測量人員需對煤臺每一處進行坐標打點，且坐標打點密度與精度有很大關(guān)系。盤點時行進速度慢，盤煤耗費時間長，每一個礦盤點最少需要半天，煤臺存量大時甚至需要一天。全站儀每臺售價達23萬元之多，而無人機盤煤系統(tǒng)僅需10萬余元。

二、無人機盤煤的應(yīng)用

靖煤公司在2020年9月購置大疆精靈PHANTOM 4 RTK無人機盤煤系統(tǒng)，是利用先進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)，具有自動化、智能化、專業(yè)化快速獲取空間遙感信息，并進行實時處理、建模和分析的先進技術(shù)。近年來，隨著無人機技術(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)。將無人機遙感技術(shù)應(yīng)用煤堆盤點測量上，可以有效解決傳統(tǒng)人工盤點法費工費時、準確度低以及固定式盤煤儀盤煤法造價高、維護成本大等問題，為煤臺盤點提供優(yōu)秀解決方案。無人機盤煤技術(shù)的原理如下：

無人機盤煤技術(shù)的原理如下：

（一）規(guī)劃盤煤路徑

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

（二）進行航拍

無人機起飛后通過提前設(shè)定好的路線進行飛行，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，根據(jù)特征點、控制點、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的物方坐標，最后經(jīng)過密集匹配，獲取三維密集點云數(shù)據(jù)。

（三）點云獲取、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云數(shù)據(jù)進行進一步處理，將散亂點云數(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固定值，不同煤種的密度不盡相同，即使同一煤種也會因其堆煤方式、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，對煤堆各部位進行密度測量，并按照其占比計算權(quán)重，從而計算煤堆的自然堆積密度，結(jié)合煤堆體積量，計算煤堆存量。

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

（一）技術(shù)分析

RTK 定位精度可以達到厘米級別，采用無人機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到毫米級，精度較傳統(tǒng)盤煤方法大幅度提高。

（二）安全分析

無人機盤煤系統(tǒng)大大減少了人員勞動量，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)濟分析

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

四、總結(jié)

煤臺盤點是靖煤公司及各生產(chǎn)礦經(jīng)營管理的重要工作之一，同時也是生產(chǎn)管理、運銷調(diào)度及成本核算的重要組成部分。無人機盤煤技術(shù)采用無人機搭載先進感知平臺，實現(xiàn)對煤臺全區(qū)域巡查，并進行煤臺儲量計算，實現(xiàn)煤臺的精確盤點，為公司的生產(chǎn)計劃、運銷調(diào)度等提供科學(xué)決策依據(jù)。

參考文獻：

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