探究激光技術(shù)的礦產(chǎn)資源庫(kù)存管理應(yīng)用

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摘要:本文主要對(duì)激光技術(shù)在礦產(chǎn)資源庫(kù)存管理課題項(xiàng)目研究中關(guān)于數(shù)據(jù)信息采集和加工處理的核心內(nèi)容進(jìn)行分析和應(yīng)用。介紹了激光掃描、多傳感器集成、無(wú)線通信、計(jì)算機(jī)圖形等相關(guān)新技術(shù)和數(shù)據(jù)采集的工作原理，以及本項(xiàng)目軟件開(kāi)發(fā)的總體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程，將采集的數(shù)據(jù)信息在軟件中形成高精度的三維模型，實(shí)現(xiàn)信息化和自動(dòng)化程度很高的堆位測(cè)量管理，提高各類礦產(chǎn)資源庫(kù)存管理工作質(zhì)量。本項(xiàng)目的軟件產(chǎn)品可以在很多國(guó)民生產(chǎn)領(lǐng)域（礦產(chǎn)，糧儲(chǔ)，散堆物料等）廣泛推廣和應(yīng)用

關(guān)鍵詞:激光存盤技術(shù);礦產(chǎn)資源庫(kù)存;應(yīng)用;研究

隨著互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代的到來(lái)，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等高科技的迅速發(fā)展，如何利用高新科技手段來(lái)提升我國(guó)礦產(chǎn)資源管理水平，更進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)收集、匯總和信息的工作效率，是人們一直廣泛關(guān)注的課題。礦產(chǎn)資源的庫(kù)存管理工作涉及的資料種類、數(shù)據(jù)類型很多，長(zhǎng)期以來(lái)，主要是以圖形、表格和文字材料作為礦產(chǎn)資源庫(kù)存管理工作中比較常用的信息表達(dá)工具。隨著當(dāng)代科技的飛速發(fā)展，社會(huì)的各個(gè)產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域正朝著自動(dòng)化程度高，實(shí)時(shí)性程度高和精確度高的智能方向發(fā)展，堆位測(cè)量作為很多國(guó)民生產(chǎn)領(lǐng)域（礦產(chǎn)，糧儲(chǔ)，散堆物料等）的重要技術(shù)同樣也逐步舍棄人工測(cè)量這樣耗時(shí)耗力的傳統(tǒng)方法，本項(xiàng)目研究所提出的方案主要針對(duì)電力廠煤場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)內(nèi)所存有的物料進(jìn)行堆位測(cè)量統(tǒng)計(jì)。測(cè)量堆位的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)就是距離的測(cè)量，本方案采用激光測(cè)距這樣一種精確度高，干擾度小的測(cè)量距離的技術(shù)。在計(jì)算機(jī)飛速發(fā)展下采用新的技術(shù)和手段，在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)中不斷突破自動(dòng)化、現(xiàn)代化功能的實(shí)現(xiàn)，特別是激光存盤技術(shù)在礦產(chǎn)資源管理中的應(yīng)用，一定將大大提高了礦產(chǎn)資源現(xiàn)代化管理水平。

1激光掃描技術(shù)概述

激光掃描技術(shù)最早起步于本世紀(jì)六十年代的歐美國(guó)家，作為一項(xiàng)高新技術(shù)，在各行業(yè)領(lǐng)域中發(fā)展迅速，并得到廣泛應(yīng)用。本文中所說(shuō)激光存盤技術(shù)指的是基于激光測(cè)量技術(shù)的一個(gè)多傳感器集成的自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)。將二維高頻率的激光掃描儀對(duì)料場(chǎng)表面進(jìn)行高頻率的斷面掃描，獲得高密度的掃描數(shù)據(jù)，結(jié)合行程測(cè)量器獲得的料場(chǎng)長(zhǎng)度，和回程測(cè)量器獲得的掃描儀偏轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一系統(tǒng)的分析和處理，實(shí)現(xiàn)料場(chǎng)的體積計(jì)算，料場(chǎng)三維模型的顯示，并將測(cè)量的結(jié)果和圖形以報(bào)表的形式打印輸出，行程一套全新的測(cè)量方法。通過(guò)將二維激光掃描測(cè)量所獲得的被測(cè)目標(biāo)的空間距離信息與回程傳感器所獲得的位置信息相匹配，通過(guò)軟件進(jìn)行一系列處理，最終獲得被測(cè)目標(biāo)的表面形態(tài)和三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行各種量算或建立模型與顯示。另外，本軟件項(xiàng)目采用C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，使用Qt開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。Qt是一個(gè)跨平臺(tái)的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架。它提供給應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)者建立的圖形用戶界面所需的所用功能?？傊?，采用激光存盤技術(shù)應(yīng)用于礦產(chǎn)資源管理信息化實(shí)際工作之中，可以為企業(yè)提供準(zhǔn)確、快速采集和保存信息的新方式，保證數(shù)據(jù)內(nèi)容的安全性，提供安全的數(shù)據(jù)信息采集與存儲(chǔ)處理方案。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1激光測(cè)量工作原理

激光測(cè)量系統(tǒng)是一個(gè)多傳感器集成的自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)。將二維高頻率的激光掃描儀對(duì)料場(chǎng)表面進(jìn)行高頻率的斷面掃描，獲得高密度的掃描數(shù)據(jù)，結(jié)合行程測(cè)量器獲得的料場(chǎng)長(zhǎng)度，和回程測(cè)量器獲得的掃描儀偏轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一系統(tǒng)的分析和處理，實(shí)現(xiàn)料場(chǎng)的體積計(jì)算，料場(chǎng)三維模型的顯示，并將測(cè)量的結(jié)果和圖形以報(bào)表的形式打印輸出，行程一套全新的測(cè)量方法。激光掃描測(cè)量是通過(guò)激光掃描器和距離傳感器來(lái)獲取被測(cè)目標(biāo)的表面形態(tài)。激光掃描器一般由激光發(fā)射器、接收器、時(shí)間計(jì)數(shù)器等部分組成。激光脈沖發(fā)射器周期地驅(qū)動(dòng)一個(gè)激光二極管發(fā)射激光脈沖，然后由接收透鏡接收目標(biāo)表面后向反射信號(hào)，產(chǎn)生一接收信號(hào)，利用一穩(wěn)定的石英時(shí)鐘對(duì)發(fā)射與接收時(shí)間差作計(jì)數(shù)，經(jīng)由微電腦對(duì)測(cè)量資料進(jìn)行內(nèi)部微處理，顯示或存儲(chǔ)、輸出距離和角度資料，并與距離傳感器獲取的數(shù)據(jù)相匹配，最后經(jīng)過(guò)相應(yīng)系統(tǒng)軟件進(jìn)行一系列處理，獲取目標(biāo)表面三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行各種量化計(jì)算或建立立體模型。

2.2系統(tǒng)軟硬件構(gòu)成

本系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，其中硬件包括：激光掃描儀、行程測(cè)量器、數(shù)據(jù)采集器等，完成原始數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯示、傳輸?shù)裙δ埽卉浖〝?shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)處理軟件、三維圖形顯示模塊、報(bào)表輸出軟件等，主要完成數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、三維模型顯示及報(bào)表輸出等功能。激光掃描儀將信號(hào)以RS422方式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器；行程傳感器和回城傳感器的方波脈沖信號(hào)與掃描儀信號(hào)在數(shù)據(jù)采集器中進(jìn)行編碼，整合后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集器的SD卡中或直接傳輸?shù)椒?wù)器；服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、輸出等操作。

2.3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本軟件的數(shù)據(jù)信息來(lái)自于激光掃描儀將信號(hào)以RS422方式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器；行程傳感器和回城傳感器的方波脈沖信號(hào)與掃描儀信號(hào)在數(shù)據(jù)采集器中進(jìn)行編碼，整合后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集器的SD卡中或直接傳輸?shù)椒?wù)器；服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、輸出等操作。通過(guò)對(duì)實(shí)際企業(yè)用戶需求分析，根據(jù)本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件主要實(shí)現(xiàn)從原始數(shù)據(jù)采集到最終報(bào)表生成的自動(dòng)化。具體軟件系統(tǒng)中包含如下功能模塊。

2.3.1工程管理模塊

本模塊主要實(shí)現(xiàn)激光測(cè)量的的工程管理。

2.3.2數(shù)據(jù)采集模塊

本模塊實(shí)時(shí)獲取激光測(cè)量的原始數(shù)據(jù)。其中主要內(nèi)容包括：計(jì)算機(jī)與激光掃描儀的通訊，計(jì)算機(jī)與相關(guān)傳感器的通訊，原始數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

2.3.3數(shù)據(jù)處理模塊

本模塊是系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能。包括：數(shù)據(jù)預(yù)處理、計(jì)算體積、比較體積變化量。2.3.4成果輸出模塊本模塊完成系統(tǒng)的成果輸出。最終以報(bào)表的形式提供給用戶，主要內(nèi)容有：料場(chǎng)現(xiàn)有體積、變化量，報(bào)表輸出，統(tǒng)計(jì)報(bào)表等。

3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本軟件開(kāi)發(fā)目的是為解決企業(yè)原材料庫(kù)存盤點(diǎn)的需要；所以軟件的主要功能：包含讀取原材料三維輪廓數(shù)據(jù)文件，通過(guò)三維輪廓計(jì)算體積，展示原材料三維輪廓圖形，按時(shí)間和倉(cāng)庫(kù)號(hào)的順序存儲(chǔ)體積、三維輪廓數(shù)據(jù)，按時(shí)間和倉(cāng)庫(kù)號(hào)查詢存儲(chǔ)體積和三維輪廓數(shù)據(jù)，合并多個(gè)原材料三維輪廓數(shù)據(jù)文件，分割或修改指定原材料三維輪廓數(shù)據(jù)文件；本軟件具體功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程說(shuō)明如下：根據(jù)本軟件項(xiàng)目系統(tǒng)的功能和操作劃分，通過(guò)工具欄設(shè)計(jì)后，它包括功能和管理兩大類菜單。分別負(fù)責(zé)提供系統(tǒng)基本操作功能菜單和提供系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)管理的菜單。功能選項(xiàng)菜單中包括文件操作、視圖操作以及顯示狀態(tài)三個(gè)工具集合。其中文件操作工具集合包括打開(kāi)數(shù)據(jù)文件、搜索歷史數(shù)據(jù)文件、關(guān)閉數(shù)據(jù)文件、幫助文檔和退出系統(tǒng)功能。視圖操作工具集合包括放大圖形、縮小圖形、向上圖形、向下圖形、向左圖形、向右圖形、復(fù)位圖形和截圖功能；顯示狀態(tài)工具集合包括分層設(shè)色(激活/撤銷)、數(shù)據(jù)欄(顯示/隱藏)和結(jié)果欄(顯示/隱藏)功能。本軟件中核心內(nèi)容實(shí)現(xiàn)都是在管理選項(xiàng)菜單包括參數(shù)配置、堆體管理和報(bào)表輸出三個(gè)工具集合。參數(shù)配置工具集合包括基礎(chǔ)配置、報(bào)表配置和堆場(chǎng)配置功能。堆體管理工具集合包括坐標(biāo)變換、數(shù)據(jù)合并、堆體分割、堆體顯示和堆體顏色功能；報(bào)表輸出工具集合包括圓形報(bào)表、矩形報(bào)表和異性報(bào)表功能。通過(guò)以上的系統(tǒng)的工具欄功能和管理按鈕操作，本軟件系統(tǒng)將激光掃描測(cè)量的數(shù)據(jù)采集后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)本軟件功能的堆體管理工具集合的各種分類計(jì)算完畢后，將按需求在三維圖形展示區(qū)顯示三維圖形，在數(shù)據(jù)欄中顯示打開(kāi)的數(shù)據(jù)文件和對(duì)應(yīng)堆場(chǎng)，然后在結(jié)果欄結(jié)果菜單中顯示計(jì)算結(jié)果。在對(duì)應(yīng)窗口中輸入開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間以及選擇對(duì)應(yīng)堆場(chǎng)，然后點(diǎn)擊放大鏡圖標(biāo)本系統(tǒng)即將指定堆場(chǎng)指定時(shí)間內(nèi)的所有數(shù)據(jù)文件進(jìn)行加載，并顯示掃描時(shí)間最新的數(shù)據(jù)文件的三維圖形和斷面曲線。最后可以通過(guò)報(bào)表輸出工具集合進(jìn)行各類圓形報(bào)表、矩形報(bào)表和個(gè)性化報(bào)表生成功能實(shí)現(xiàn)。

4結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)基于激光技術(shù)礦產(chǎn)資源庫(kù)存管理系統(tǒng)做了大量系統(tǒng)的分析和研究，取得了一些成果，但由于時(shí)間有限和自身能力的不足，還有許多待完善的地方需要進(jìn)一步的研究。本管理系統(tǒng)的配煤管理中配煤部分的研究還不夠深入，單一個(gè)體積測(cè)量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠用，還要像醫(yī)院核磁機(jī)一樣，針對(duì)某種東西精確測(cè)量便知它的所有相關(guān)信息。比如煤里邊含多少石頭，多少塊煤，多少沫煤，含硫多少等等，這些部分的研究還有待進(jìn)一步的深入開(kāi)展。本項(xiàng)目軟件成功推廣到在地方的火力發(fā)電廠、煤礦開(kāi)采企業(yè)等煤炭資源庫(kù)存盤點(diǎn)等相：系統(tǒng)操作菜單工具欄：軟件管理功能工具欄關(guān)行業(yè)積極使用和應(yīng)用，企業(yè)用戶反饋效果良好，標(biāo)志著西部地方區(qū)域內(nèi)基于激光技術(shù)礦產(chǎn)資源庫(kù)存管理系統(tǒng)信息化建設(shè)工作的新突破，在建設(shè)礦產(chǎn)資源庫(kù)存管理數(shù)字化技術(shù)工作道路上邁出了可喜的一步，實(shí)現(xiàn)了良好的社會(huì)效益，具有重大的經(jīng)濟(jì)意義。

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作者:徐清泉 李惠剛 單位:蘭州外語(yǔ)職業(yè)學(xué)院 甘肅泰鑫科技有限公司