基于激光技术的矿产资源库存管理应用研究

徐清泉+李惠刚

摘 要 本文主要对激光技术在矿产资源库存管理课题项目研究中关于数据信息采集和加工处理的核心内容进行分析和应用。介绍了激光扫描、多传感器集成、无线通信、计算机图形等相关新技术和数据采集的工作原理，以及本项目软件开发的总体设计和实现过程，将采集的数据信息在软件中形成高精度的三维模型，实现信息化和自动化程度很高的堆位测量管理，提高各类矿产资源库存管理工作质量。本项目的软件产品可以在很多国民生产领域（矿产，粮储，散堆物料等）广泛推广和应用。

【关键词】激光存盘技术 矿产资源库存 应用研究

随着互联网+时代的到来，大数据、云计算、物联网等高科技的迅速发展，如何利用高新科技手段来提升我国矿产资源管理水平，更进一步提高数据收集、汇总和信息发布的工作效率，是人们一直广泛关注的课题。矿产资源的库存管理工作涉及的资料种类、数据类型很多，长期以来，主要是以图形、表格和文字材料作为矿产资源库存管理工作中比较常用的信息表达工具。随着当代科技的飞速发展，社会的各个产业和领域正朝着自动化程度高，实时性程度高和精确度高的智能方向发展，堆位测量作为很多國民生产领域（矿产，粮储，散堆物料等）的重要技术同样也逐步舍弃人工测量这样耗时耗力的传统方法，本项目研究所提出的方案主要针对电力厂煤场、仓库内所存有的物料进行堆位测量统计。测量堆位的一项关键技术就是距离的测量，本方案采用激光测距这样一种精确度高，干扰度小的测量距离的技术。在计算机飞速发展下采用新的技术和手段，在项目开发的软件系统中不断突破自动化、现代化功能的实现，特别是激光存盘技术在矿产资源管理中的应用，一定将大大提高了矿产资源现代化管理水平。

1 激光扫描技术概述

激光扫描技术最早起步于本世纪六十年代的欧美国家，作为一项高新技术，在各行业领域中发展迅速，并得到广泛应用。本文中所说激光存盘技术指的是基于激光测量技术的一个多传感器集成的自动化测量系统。将二维高频率的激光扫描仪对料场表面进行高频率的断面扫描，获得高密度的扫描数据，结合行程测量器获得的料场长度，和回程测量器获得的扫描仪偏转角度数据，通过软件设计与开发实现对数据进行统一系统的分析和处理，实现料场的体积计算，料场三维模型的显示，并将测量的结果和图形以报表的形式打印输出，行程一套全新的测量方法。

通过将二维激光扫描测量所获得的被测目标的空间距离信息与回程传感器所获得的位置信息相匹配，通过软件进行一系列处理，最终获得被测目标的表面形态和三维坐标数据，从而进行各种量算或建立模型与显示。另外，本软件项目采用C++面向对象程序设计语言开发，使用Qt开发工具进行设计和实现。Qt是一个跨平台的C++图形用户界面应用程序框架。它提供给应用程序开发者建立的图形用户界面所需的所用功能。

总之，采用激光存盘技术应用于矿产资源管理信息化实际工作之中，可以为企业提供准确、快速采集和保存信息的新方式，保证数据内容的安全性，提供安全的数据信息采集与存储处理方案。

2 系统设计

2.1 激光测量工作原理

激光测量系统是一个多传感器集成的自动化测量系统。将二维高频率的激光扫描仪对料场表面进行高频率的断面扫描，获得高密度的扫描数据，结合行程测量器获得的料场长度，和回程测量器获得的扫描仪偏转角度数据，通过软件对数据进行一系统的分析和处理，实现料场的体积计算，料场三维模型的显示，并将测量的结果和图形以报表的形式打印输出，行程一套全新的测量方法。激光扫描测量是通过激光扫描器和距离传感器来获取被测目标的表面形态。激光扫描器一般由激光发射器、接收器、时间计数器等部分组成。激光脉冲发射器周期地驱动一个激光二极管发射激光脉冲，然后由接收透镜接收目标表面后向反射信号，产生一接收信号，利用一稳定的石英时钟对发射与接收时间差作计数，经由微电脑对测量资料进行内部微处理，显示或存储、输出距离和角度资料，并与距离传感器获取的数据相匹配，最后经过相应系统软件进行一系列处理，获取目标表面三维坐标数据，从而进行各种量化计算或建立立体模型。

2.2 系统软硬件构成

本系统由硬件和软件两部分组成，其中硬件包括：激光扫描仪、行程测量器、数据采集器等，完成原始数据的采集、存储、显示、传输等功能；软件包括数据采集软件、数据处理软件、三维图形显示模块、报表输出软件等，主要完成数据的采集、数据计算、数据库管理、三维模型显示及报表输出等功能。激光扫描仪将信号以RS422方式传输到数据采集器；行程传感器和回城传感器的方波脉冲信号与扫描仪信号在数据采集器中进行编码，整合后的数据存储于现场数据采集器的SD卡中或直接传输到服务器；服务器进行数据的处理、输出等操作。

2.3 系统总体设计

本软件的数据信息来自于激光扫描仪将信号以RS422方式传输到数据采集器；行程传感器和回城传感器的方波脉冲信号与扫描仪信号在数据采集器中进行编码，整合后的数据存储于现场数据采集器的SD卡中或直接传输到服务器；服务器进行数据的处理、输出等操作。

通过对实际企业用户需求分析，根据本项目开发的应用软件主要实现从原始数据采集到最终报表生成的自动化。具体软件系统中包含如下功能模块。

2.3.1 工程管理模块

本模块主要实现激光测量的的工程管理。

2.3.2 数据采集模块

本模块实时获取激光测量的原始数据。其中主要内容包括：计算机与激光扫描仪的通讯，计算机与相关传感器的通讯，原始数据的存储。

2.3.3 数据处理模块

本模块是系统的核心，实现系统的主要功能。包括：数据预处理、计算体积、比较体积变化量。

2.3.4 成果输出模块

本模块完成系统的成果输出。最终以报表的形式提供给用户，主要内容有：料场现有体积、变化量，报表输出，统计报表等。

3 系统实现

本软件开发目的是为解决企业原材料库存盘点的需要；所以软件的主要功能：包含读取原材料三维轮廓数据文件，通过三维轮廓计算体积，展示原材料三维轮廓图形，按时间和仓库号的顺序存储体积、三维轮廓数据，按时间和仓库号查询存储体积和三维轮廓数据，合并多个原材料三维轮廓数据文件，分割或修改指定原材料三维轮廓数据文件；本软件具体功能实现过程说明如下：

根据本软件项目系统的功能和操作划分，通过工具栏设计后，它包括功能和管理两大类菜单。分别负责提供系统基本操作功能菜单和提供系统统计管理的菜单。

功能选项菜单中包括文件操作、视图操作以及显示状态三个工具集合，如图1所示。其中文件操作工具集合包括打开数据文件、搜索历史数据文件、关闭数据文件、帮助文档和退出系统功能。视图操作工具集合包括放大图形、缩小图形、向上图形、向下图形、向左图形、向右图形、复位图形和截图功能；显示状态工具集合包括分层设色（激活/撤销）、数据栏（显示/隐藏）和结果栏（显示/隐藏）功能。

本软件中核心内容实现都是在管理选项菜单包括参数配置、堆体管理和报表输出三个工具集合，如图2所示。参数配置工具集合包括基础配置、报表配置和堆场配置功能。堆体管理工具集合包括坐标变换、数据合并、堆体分割、堆体显示和堆体颜色功能；报表输出工具集合包括圆形报表、矩形报表和异性报表功能。

通过以上的系统的工具栏功能和管理按鈕操作，本软件系统将激光扫描测量的数据采集后，通过网络传输进入计算机系统，通过本软件功能的堆体管理工具集合的各种分类计算完毕后，将按需求在三维图形展示区显示三维图形，在数据栏中显示打开的数据文件和对应堆场，然后在结果栏结果菜单中显示计算结果。在对应窗口中输入开始时间、结束时间以及选择对应堆场，然后点击放大镜图标本系统即将指定堆场指定时间内的所有数据文件进行加载，并显示扫描时间最新的数据文件的三维图形和断面曲线。最后可以通过报表输出工具集合进行各类圆形报表、矩形报表和个性化报表生成功能实现。

4 结语

本文对基于激光技术矿产资源库存管理系统做了大量系统的分析和研究，取得了一些成果，但由于时间有限和自身能力的不足，还有许多待完善的地方需要进一步的研究。本管理系统的配煤管理中配煤部分的研究还不够深入，单一个体积测量还远远不够用，还要像医院核磁机一样，针对某种东西精确测量便知它的所有相关信息。比如煤里边含多少石头，多少块煤，多少沫煤，含硫多少等等，这些部分的研究还有待进一步的深入开展。

本项目软件成功推广到在地方的火力发电厂、煤矿开采企业等煤炭资源库存盘点等相关行业积极使用和应用，企业用户反馈效果良好，标志着西部地方区域内基于激光技术矿产资源库存管理系统信息化建设工作的新突破，在建设矿产资源库存管理数字化技术工作道路上迈出了可喜的一步，实现了良好的社会效益，具有重大的经济意义。

参考文献

[1]阮光，吴红斐，程力.基于MATLABGUI的激光盘煤系统三维立体显示软件设计[J].工业控制计算机，2013（02）：77-78.

[2]吴红斐，卢晓斌，程力.一种固定式全方向激光盘煤系统开发[J].工业控制计算机，2013（01）：14-15.

[3]范会敏，曹长剑.一种实用的激光盘煤系统设计[J].工业仪表与自动化装置，2011（01）：57-59.

[4]邢树强.露天煤场的管理研究与应用[J].华东科技（学术版），2012（08）：352.

作者简介

徐清泉（1974-），男，甘肃省兰州市人。西安电子科技大学软件工程硕士，副教授。研究方向为软件工程与应用领域、数据库技术及应用。

李惠刚（1984-），男，甘肃省兰州市人。兰州大学本科学历。工程师。研究方向为计算机技术、数据库技术及应用。

作者单位

1.兰州外语职业学院 甘肃省兰州市 730101

2.甘肃泰鑫科技有限公司 甘肃省兰州市 730101