火電機(jī)組智能盤(pán)煤系統(tǒng)目錄TOC\o"1-3"\h\u17551火電機(jī)組智能盤(pán)煤系統(tǒng) 121549一、項(xiàng)目概述 313379二、應(yīng)用場(chǎng)景及建設(shè)方案 413350（一）場(chǎng)景描述 411582（二）技術(shù)架構(gòu) 53101（三）建設(shè)方案 6132381瀏覽器端調(diào)用硬件API 6184912點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理 884281、全固定式安裝 11275332、全自動(dòng)化工作 1118563、實(shí)時(shí)盤(pán)點(diǎn) 115199三、項(xiàng)目效果 115082（一）項(xiàng)目效益 112947（二）鑒定評(píng)價(jià)（如有） 1216989（三）推廣前景 12572四、下一步計(jì)劃 12一、項(xiàng)目概述目前火力發(fā)電廠儲(chǔ)煤場(chǎng)燃煤堆放混亂，無(wú)法準(zhǔn)確知曉各煤種的精確堆放位置、堆放時(shí)間、庫(kù)存量及品質(zhì)信息；儲(chǔ)煤場(chǎng)管理“人治”為主，管理方式比較落后，基本以人工輔助報(bào)表解決，數(shù)據(jù)獲取、統(tǒng)計(jì)、顯示、查詢(xún)自動(dòng)化程度低，導(dǎo)致管理不可控；信息融合困難，燃煤堆放位置、量、質(zhì)、價(jià)、電等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差、相關(guān)性差、實(shí)時(shí)性差、共享性差，導(dǎo)致難以滿(mǎn)足生產(chǎn)調(diào)度的實(shí)際需要；儲(chǔ)煤場(chǎng)設(shè)備自動(dòng)化程度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低、工作環(huán)境差的問(wèn)題；配煤摻燒效益計(jì)算缺乏有效科學(xué)依據(jù)，摻燒成本及效益計(jì)算粗放等問(wèn)題。如果運(yùn)用人工智能、大數(shù)據(jù)、激光測(cè)距、三維建模、３D可視化、自動(dòng)控制和信息技術(shù)，在堆取料管理、庫(kù)存煤管理、盤(pán)煤管理、配煤摻燒等環(huán)節(jié)達(dá)到設(shè)備自動(dòng)化、過(guò)程可視化、信息集成化、管理規(guī)范化、工作標(biāo)準(zhǔn)化的要求。本項(xiàng)目已經(jīng)在浙江XXX烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司和XXX國(guó)際盤(pán)山發(fā)電有限責(zé)任公司實(shí)施應(yīng)用。項(xiàng)目實(shí)施前，電廠都是采用的傳統(tǒng)盤(pán)煤方式，需要2-3個(gè)人花費(fèi)2、3天的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，工作量大，時(shí)間長(zhǎng)，每天燃煤的進(jìn)耗對(duì)盤(pán)點(diǎn)結(jié)果也有比較大的影響，在盤(pán)煤前還需要進(jìn)行煤堆整形，另外，由于盤(pán)煤涉及到一些方法和設(shè)備，需要經(jīng)常進(jìn)行培訓(xùn)，而且煤場(chǎng)的環(huán)境比較差，在盤(pán)煤過(guò)程中對(duì)人員的身心健康會(huì)有一定的程度的損害，因此，傳統(tǒng)的盤(pán)煤方式存在著很多的弊端。本項(xiàng)目實(shí)施后，通過(guò)智能盤(pán)煤實(shí)現(xiàn)了一鍵盤(pán)煤，不再需要作業(yè)人員到現(xiàn)場(chǎng)逐個(gè)分區(qū)進(jìn)行人工測(cè)量，一次盤(pán)煤過(guò)程在十分鐘之內(nèi)就能完成，大幅提高了工作效率，且盤(pán)點(diǎn)結(jié)果比人工方式更加客觀、準(zhǔn)確。采用智能盤(pán)煤作為生成煤場(chǎng)報(bào)告的依據(jù)，能高效的及時(shí)的進(jìn)行當(dāng)前煤場(chǎng)存量盤(pán)點(diǎn)，為企業(yè)做出明智的經(jīng)營(yíng)決策提供了依據(jù)；煤場(chǎng)燃煤溫度的監(jiān)測(cè)也是煤場(chǎng)管理的重點(diǎn)工作內(nèi)容之一，傳統(tǒng)的測(cè)量方法耗時(shí)長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度度大，及時(shí)性低，采用自動(dòng)化測(cè)溫后，系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤場(chǎng)燃煤溫度，能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)溫度異常情況，提升了安全性。二、應(yīng)用場(chǎng)景及建設(shè)方案（一）場(chǎng)景描述智能盤(pán)煤系統(tǒng)通過(guò)建立儲(chǔ)煤場(chǎng)料堆的三維圖形，同時(shí)填充儲(chǔ)煤場(chǎng)存煤的煤質(zhì)信息，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)煤場(chǎng)信息的全面、直觀、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)展示。火電廠的智能盤(pán)煤系統(tǒng)應(yīng)包括不同儲(chǔ)煤場(chǎng)和同一儲(chǔ)煤場(chǎng)不同區(qū)域存煤的重量、熱值、水分、硫分、揮發(fā)分、價(jià)格、入廠時(shí)間、煤堆溫度等信息;根據(jù)采購(gòu)變化以及廠內(nèi)存煤情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整儲(chǔ)煤場(chǎng)各煤種的存煤區(qū)域空間。通過(guò)精準(zhǔn)識(shí)別儲(chǔ)煤場(chǎng)堆取煤設(shè)備作業(yè)狀態(tài)及位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)煤場(chǎng)作業(yè)動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。根據(jù)固定式激光盤(pán)煤儀測(cè)繪的三維圖形計(jì)算出料堆體積，并結(jié)合不同煤種不同堆積方式的歷史密度數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)得出儲(chǔ)煤場(chǎng)存煤量。通過(guò)獲得存入儲(chǔ)煤場(chǎng)的入廠煤信息(如供貨商名稱(chēng)、發(fā)站、入廠時(shí)間)和化驗(yàn)結(jié)果，形成儲(chǔ)煤場(chǎng)存煤的煤質(zhì)信息;通過(guò)實(shí)時(shí)或定期測(cè)量獲取儲(chǔ)煤場(chǎng)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)。將煤堆的各項(xiàng)質(zhì)量信息及儲(chǔ)煤場(chǎng)溫度信息在儲(chǔ)煤場(chǎng)三維圖形上展示，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)煤場(chǎng)管理的數(shù)字化。（二）技術(shù)架構(gòu)智能盤(pán)煤系統(tǒng)采用多區(qū)域全場(chǎng)分布式測(cè)量原理，系統(tǒng)由多個(gè)測(cè)點(diǎn)、采集軟件組成，每個(gè)測(cè)點(diǎn)由二維激光掃描儀、掃描儀安裝平臺(tái)、旋轉(zhuǎn)云臺(tái)組成，每個(gè)測(cè)點(diǎn)有明確的測(cè)量區(qū)域，通過(guò)測(cè)點(diǎn)之間的組合實(shí)現(xiàn)全料場(chǎng)的測(cè)量或者指定范圍內(nèi)的測(cè)量。通過(guò)云臺(tái)旋轉(zhuǎn)激光掃描儀實(shí)現(xiàn)單個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)距范圍內(nèi)的全覆蓋；激光掃描儀負(fù)責(zé)全儲(chǔ)煤場(chǎng)料堆數(shù)據(jù)的采集工作；采集軟件負(fù)責(zé)控制多個(gè)測(cè)點(diǎn)的云臺(tái)、掃描儀等設(shè)備的工作，采集后的數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理、融合，通過(guò)軟件模型構(gòu)建形成儲(chǔ)煤場(chǎng)整體數(shù)據(jù)。本子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)煤場(chǎng)范圍內(nèi)煤堆三維數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和三維數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新。系統(tǒng)可自動(dòng)接收外部采集指令進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、也可人工單點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集后通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)解析、計(jì)算、分析，進(jìn)行儲(chǔ)煤場(chǎng)數(shù)據(jù)更新。系統(tǒng)精度，對(duì)于總體積大于5000方的料堆，體積測(cè)量結(jié)果（體積）相對(duì)誤差小于千分之五。（三）建設(shè)方案關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)1瀏覽器端調(diào)用硬件API本項(xiàng)目中需要有“一鍵盤(pán)煤”功能，也就是需要在瀏覽器端直接跟硬件API接口直接交互，且對(duì)瀏覽器沒(méi)有特殊兼容性限制。由于采用COM組件（Activex控件）的方式對(duì)瀏覽器有特殊限制，部分瀏覽器不兼容，因此考慮使用Node.js直接調(diào)用硬件DLL。Node.js是一個(gè)基于ChromeV8引擎的

JavaScript

運(yùn)行環(huán)境。Node.js使用了一個(gè)事件驅(qū)動(dòng)、非阻塞式I/O的模型。Node是一個(gè)讓JavaScript運(yùn)行在服務(wù)端的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它讓JavaScript成為與PHP、Python、Perl、Ruby

等服務(wù)端語(yǔ)言平起平坐的腳本語(yǔ)言。

在NodeJS中，和其他語(yǔ)言編寫(xiě)的代碼通信主要有兩種方案：（1）使用AddOn技術(shù)，使用C++為NodeJS編寫(xiě)一個(gè)拓展，然后在代碼中調(diào)用其他語(yǔ)言所編寫(xiě)的源碼or動(dòng)態(tài)庫(kù)（2）使用FFI（ForeignFunctionInterface）技術(shù)，直接在Node中引入其他語(yǔ)言所編寫(xiě)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)在對(duì)這兩種方式進(jìn)行比較后，發(fā)現(xiàn)這兩種方式各有優(yōu)劣。首先，AddOn技術(shù)比較通用，它可以使用C++代碼來(lái)拓展Node的行為，很多庫(kù)都是使用這種方式來(lái)完成一些比較底層操作（比如和操作系統(tǒng)的一些通信）的。但是它寫(xiě)起來(lái)比較麻煩，要編寫(xiě)一個(gè)C++項(xiàng)目，還要按照NodeJS的規(guī)范export相應(yīng)的函數(shù)，而且每次安裝的時(shí)候都需要進(jìn)行編譯（以適應(yīng)本地Node的版本）。如果只是調(diào)用一個(gè)DLL，那就還需要在項(xiàng)目里重新包裝一遍DLL的接口。如果使用FFI技術(shù)，限制就會(huì)比較多,首先，它只能調(diào)用其他動(dòng)態(tài)庫(kù)，如果你想使用C/C++完成更多功能的話(huà)，還需要再封裝一層DLL，另外，它只支持_cdecl調(diào)用約定（也就是DLL在導(dǎo)出的時(shí)候一定要標(biāo)記用_cdecl編譯命令），不支持_stdcall或者_(dá)fastcall調(diào)用。但是調(diào)用起來(lái)就會(huì)很方便，可以直接在JS代碼中聲明DLL的接口就可以了。綜上比較，本項(xiàng)目使用FFI技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)與底層硬件通信，其中第三方DLL進(jìn)行第二次封裝后（包含硬件設(shè)備控制代碼、點(diǎn)云計(jì)算代碼以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及消息通信代碼等），提供_cdecl調(diào)用約定。2點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理（1）多視點(diǎn)激光點(diǎn)云的全自動(dòng)無(wú)縫拼接激光掃描儀在某一視點(diǎn)掃描目標(biāo)時(shí)，由于受到觀察方向和目標(biāo)本身形狀的限制，不可能獲得掃描目標(biāo)的完整信息。因此，為了構(gòu)建目標(biāo)完整的三維模型，需要選擇不同的視點(diǎn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行掃描。獲取數(shù)據(jù)時(shí)，由于每個(gè)視點(diǎn)獲取的激光掃描數(shù)據(jù)都位于各自的激光掃描坐標(biāo)系中，需要將從不同視點(diǎn)獲取的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)統(tǒng)一到某個(gè)固定的坐標(biāo)系中?；跇?biāo)靶的全自動(dòng)點(diǎn)云拼接原理如下：每站掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)都在以?huà)呙鑳x位置為零點(diǎn)的局部坐標(biāo)系下，即每次經(jīng)掃描得到的激光點(diǎn)云的坐標(biāo)系是獨(dú)立和不關(guān)聯(lián)的。因此，為了進(jìn)行點(diǎn)云拼接，在場(chǎng)地中設(shè)置標(biāo)靶。一般要求標(biāo)靶面要與掃描的方向垂直（即標(biāo)靶面正對(duì)掃描儀），標(biāo)靶與掃描儀間的距離要在掃描儀的有效使用范圍內(nèi)。標(biāo)靶要均勻分布于整個(gè)掃描范圍或重疊范圍，互相之間盡量遠(yuǎn)離。實(shí)際掃描時(shí)，從多個(gè)測(cè)站對(duì)同一組標(biāo)靶進(jìn)行掃描。使得各站的掃描結(jié)果中相鄰兩站均包含3個(gè)以上不共線且不共面的同名標(biāo)靶。在掃描過(guò)程中，掃描儀可以在指定的視場(chǎng)范圍內(nèi)自動(dòng)尋找標(biāo)靶并以極高的點(diǎn)密度進(jìn)行精確掃描，處理軟件可以自動(dòng)提取標(biāo)靶中心點(diǎn)坐標(biāo)。各站點(diǎn)云間的關(guān)系由標(biāo)靶精確確定的同名控制點(diǎn)決定。如果控制點(diǎn)數(shù)目多于3組，就可以獲得最小二乘意義上的變換參數(shù)，從而完成對(duì)各站數(shù)據(jù)更精確的拼接。（2）孤立點(diǎn)檢測(cè)隨著計(jì)算機(jī)及通訊技術(shù)的發(fā)展，三維測(cè)量技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于逆向工程、工業(yè)檢測(cè)、文物保護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域。但是，在用三維測(cè)量設(shè)備獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)時(shí)，由于設(shè)備本身的測(cè)量誤差、人為擾動(dòng)、物體表面質(zhì)量以及周?chē)h(huán)境等因素的影響，獲取的初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中不可避免的夾雜著一些離散的或緊挨邊界的孤立點(diǎn)，如果將含有孤立點(diǎn)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)直接用于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，勢(shì)必會(huì)影響曲面重構(gòu)模型的質(zhì)量，甚至導(dǎo)致重構(gòu)失敗，因此，必須檢測(cè)并去除這些影響后處理、影響點(diǎn)云數(shù)據(jù)質(zhì)量的孤立點(diǎn)。目前可將孤立點(diǎn)檢測(cè)的方法分為基于統(tǒng)計(jì)的方法、基于偏離的方法、基于聚類(lèi)的方法、基于距離的方法和基于密度的方法五種類(lèi)型。其中基于密度的方法由于引入了局部孤立因子這個(gè)概念，使得該算法幾乎不受點(diǎn)云密度的變化，充分體現(xiàn)了局部的概念，所以該方法對(duì)于一般散亂無(wú)序的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的孤立點(diǎn)檢測(cè)具有一定的效果。因此本項(xiàng)目采用基于密度的方法檢測(cè)孤立點(diǎn)。（3）數(shù)據(jù)平滑表示物體表面三維形貌的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在采集之后會(huì)在相應(yīng)的測(cè)量軟件界面上顯示出來(lái)，因此對(duì)于獲取的初始三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪聲點(diǎn)，最簡(jiǎn)單的方法就是直接檢查法，即操作人員根據(jù)界面上的顯示肉眼識(shí)別找出明顯的噪聲點(diǎn)并手動(dòng)刪除。但這種方法只適合三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)量比較小的時(shí)候而且是明顯的噪聲點(diǎn)，對(duì)于高密度的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，采用此方法就會(huì)很笨拙，而且浪費(fèi)時(shí)間。對(duì)于均勻分布的點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及部分散亂的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的平滑處理已經(jīng)進(jìn)行了很深入的研究并取得了很大的進(jìn)步，但對(duì)于完全散亂的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的平滑處理比較難，對(duì)應(yīng)的算法不多。除了上文提到的直接檢查法之外，目前使用的方法主要有濾波算法（空間濾波、雙邊濾波等）、曲線分段去噪法、角度法、弦高差法去噪等。其中空間濾波中的高斯濾波平均效果較小，濾波的同時(shí)能較好地保持點(diǎn)云數(shù)據(jù)的形貌；雙邊濾波也能有效的保持模型的特征，但不能保留模型中的細(xì)小特征；曲線分段去噪法對(duì)曲率變化較小的情況較為適用；角度法和弦高差法去噪對(duì)于較大密度的數(shù)據(jù)比較適合。近幾年，又出現(xiàn)了很多方法，對(duì)上述方法的不足之處進(jìn)行改進(jìn)。在鄰域?yàn)V波算法的基礎(chǔ)上提出了一種非局部的(Nor-Local)方法，該方法能提高雙邊濾波的魯棒性，但不適合大規(guī)模數(shù)據(jù)的處理。基于曲波變換的點(diǎn)云去噪算法，不過(guò)閾值的選取系數(shù)具有不確定性，而且存在一定的局限性以及不能保留模型的細(xì)節(jié)特征。本項(xiàng)目采用基于偏微分方程(PDE)的曲面逼近算法以及低通濾波算法等一些算法在刪除小振幅的三維激光掃描數(shù)據(jù)噪聲方面有較好的效果。項(xiàng)目亮點(diǎn)：1、全固定式安裝可靠性高全方位、無(wú)遮擋、無(wú)盲區(qū)、無(wú)死角相較于運(yùn)動(dòng)式盤(pán)煤，可減少由于運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的誤差可大大簡(jiǎn)化設(shè)備的安裝、調(diào)試過(guò)程2、全自動(dòng)化工作定時(shí)自動(dòng)盤(pán)點(diǎn)“一鍵式”自動(dòng)盤(pán)點(diǎn)啟動(dòng)、掃描、數(shù)據(jù)接收、體積計(jì)算等全部自動(dòng)完成3、實(shí)時(shí)盤(pán)點(diǎn)并行掃描和數(shù)據(jù)處理，完成全部煤場(chǎng)盤(pán)點(diǎn)測(cè)量用時(shí)小于10分鐘高可靠性系統(tǒng)，24小時(shí)在線作業(yè)高精度，重復(fù)測(cè)量誤差小于千分之五。三、項(xiàng)目效果（一）項(xiàng)目效益社會(huì)效益：實(shí)現(xiàn)了科學(xué)節(jié)能減排，通過(guò)數(shù)字化煤場(chǎng)建設(shè)，建立了精細(xì)化收耗存對(duì)應(yīng)量質(zhì)價(jià)管理，為配煤摻燒及智能采購(gòu)提供了科學(xué)依據(jù)，為科學(xué)節(jié)能減排做出了新的貢獻(xiàn)，有效挖掘火電企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，降低生產(chǎn)成本，成為能源行業(yè)、電力系統(tǒng)的