在礦山、鋼鐵、化工等行業(yè)，散裝料場的物料計量是企業(yè)運營管理的難題之一。庫存物料數(shù)據(jù)直接關(guān)系到企業(yè)財務(wù)核算，多數(shù)企業(yè)仍采用人工盤庫方式，技術(shù)人員需手持檢測儀器多方位測量計算，存在測量誤差大、作業(yè)效率低、人員安全風(fēng)險大等問題，難以滿足企業(yè)精準(zhǔn)管理需求。

文章來源：《智能礦山》2025年第12期“革新·改造”欄目

作者簡介：陳烜，高級工程師，現(xiàn)任常熟天地煤機裝備有限公司副總經(jīng)理，主要從事工藝及金屬材料方面的相關(guān)研究工作。E-mail： chenxuan1008@sina.com

作者單位：常熟天地煤機裝備有限公司

引用格式：陳烜.面向煤炭倉儲的激光自動盤庫系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用[J].智能礦山，2025，6(12):54-58.

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隨著礦山生產(chǎn)企業(yè)加速邁向信息化、智能化時代，實現(xiàn)庫存物料科學(xué)、快速、精準(zhǔn)盤點，已成為企業(yè)發(fā)展的必然趨勢，具有以下3個方面的優(yōu)勢。

（1）運用先進(jìn)數(shù)字化測量技術(shù)，精準(zhǔn)采集物料數(shù)據(jù)，提升測量精度，降低盤庫誤差，為企業(yè)成本核算與財務(wù)統(tǒng)計筑牢數(shù)據(jù)根基，推動精細(xì)化成本管控落地。

（2）通過自動化作業(yè)流程，減少人工依賴，實現(xiàn)減員增效，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，從源頭消除人工操作的安全隱患，提升安全生產(chǎn)水平。

（3）依托信息化構(gòu)建的科學(xué)盤庫體系，有效解決企業(yè)局部技術(shù)落后與整體發(fā)展不匹配的矛盾，驅(qū)動企業(yè)管理向數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型升級。

激光自動盤庫系統(tǒng)總體方案設(shè)計

激光自動盤庫系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計架構(gòu)，主要由數(shù)據(jù)采集模塊（采）、智能計算模塊（算）、可視化交互模塊（看）3個核心單元構(gòu)成，分別完成現(xiàn)場物料信息采集、服務(wù)器數(shù)據(jù)建模運算及上位機終端可視化呈現(xiàn)功能，激光自動盤庫系統(tǒng)總體方案設(shè)計如圖1所示。

圖1 激光自動盤庫系統(tǒng)總體方案設(shè)計

數(shù)據(jù)采集模塊搭載工業(yè)級高性能激光雷達(dá)與伺服云臺組合裝置，通過云臺傳動實現(xiàn)360°全視界無盲區(qū)掃描覆蓋。由于采用了激光雷達(dá)掃描技術(shù)，單次完整掃描周期<10 min，可對直徑100 m范圍內(nèi)的堆垛物料進(jìn)行厘米級精度三維建模，同步采集點云數(shù)據(jù)密度為10 000點/m，確保物料輪廓、體積等關(guān)鍵參數(shù)的精準(zhǔn)獲取。

為精準(zhǔn)滿足金屬礦山對同一棚倉內(nèi)不同物料堆的自動化識別需求，激光自動盤庫系統(tǒng)在現(xiàn)場部署工業(yè)級高清攝像儀，依托自主研發(fā)的物料智能識別AI算法，精準(zhǔn)識別鐵礦石、銅礦石等3類以上物料的光譜特征與形態(tài)學(xué)特征，通過三維建模實現(xiàn)單物料堆儲量動態(tài)核算，并自動生成進(jìn)出庫臺賬與庫存預(yù)警，將傳統(tǒng)2 h盤庫流程縮短至30 min，以視覺感知+智能算法推動礦山物料管理向數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能化、精細(xì)化運營升級。

煤量體積測算技術(shù)開發(fā)

激光自動盤庫系統(tǒng)運用先進(jìn)的激光雷達(dá)技術(shù)，高頻次、高精度全方位三維掃描煤堆，快速且準(zhǔn)確地采集煤堆及周邊復(fù)雜環(huán)境的高密度點云數(shù)據(jù)。獲取數(shù)據(jù)后，將原始點云數(shù)據(jù)直接輸入經(jīng)過自主優(yōu)化改進(jìn)的Point-Net神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，再通過深度卷積與特征提取，利用強大的模式識別能力，精準(zhǔn)區(qū)分和有效分割煤堆點云數(shù)據(jù)與地面、輸送設(shè)備等其他物體的點云數(shù)據(jù)，篩選出僅含有煤堆的純凈點云數(shù)據(jù)。

在此基礎(chǔ)上，采用經(jīng)典的Delaunay三角劃分算法，網(wǎng)格化處理獲取的煤堆點云數(shù)據(jù)，構(gòu)建精確的三維空間幾何模型。通過對模型進(jìn)行嚴(yán)密的積分計算，得到精準(zhǔn)的煤堆體積數(shù)據(jù)，平均誤差<3%，具備較好的可靠性與準(zhǔn)確性。借助高效的數(shù)據(jù)傳輸與可視化技術(shù)，實時更新體積數(shù)據(jù)動態(tài)，在用戶端界面直觀顯示，方便用戶隨時查看與管理，煤量體積計算顯示界面如圖2所示。

圖2 煤量體積計算顯示界面

軟件平臺架構(gòu)設(shè)計

軟件平臺采用模塊化設(shè)計，由用戶管理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、三維可視化模塊及數(shù)據(jù)存儲模塊5個核心模塊有機組成，軟件平臺架構(gòu)如圖3所示。

圖3 軟件平臺架構(gòu)

（1）用戶管理模塊依托完善的權(quán)限管理機制，全面負(fù)責(zé)用戶的注冊登錄、安全退出以及權(quán)限動態(tài)調(diào)整等操作，確保系統(tǒng)訪問安全有序。

（2）數(shù)據(jù)采集模塊作為系統(tǒng)感知外界的“觸角”，精準(zhǔn)控制激光雷達(dá)與云臺設(shè)備協(xié)同運作，高效完成物料點云數(shù)據(jù)的掃描采集任務(wù)，并以穩(wěn)定、快速的傳輸鏈路將原始數(shù)據(jù)輸送至數(shù)據(jù)處理模塊。

（3）數(shù)據(jù)處理模塊是系統(tǒng)的“智慧中樞”，先對采集的點云信息進(jìn)行降噪濾波、精準(zhǔn)分割等預(yù)處理，再運用自主研發(fā)的先進(jìn)算法，實現(xiàn)高精度的三維建模與體積測算。

（4）三維可視化模塊憑借強大的圖形渲染技術(shù)，支持用戶對三維模型進(jìn)行流暢的自由旋轉(zhuǎn)、靈活移動與無級縮放操作，使用戶全方位、多視角觀察物料堆，為物料的科學(xué)堆放與高效管理提供直觀指導(dǎo)。

（5）數(shù)據(jù)存儲模塊采用高效的數(shù)據(jù)管理策略，支持歷史數(shù)據(jù)的快速檢索與深度分析，根據(jù)用戶需求生成多樣化的數(shù)據(jù)報表，為決策制定提供堅實的數(shù)據(jù)支撐。

激光自動盤庫系統(tǒng)UI界面設(shè)計

4.1 激光自動盤庫系統(tǒng)顯示界面

激光自動盤庫系統(tǒng)UI顯示界面主要由三維可視化區(qū)域、儲量總覽區(qū)域、各類型礦倉存儲容量顯示區(qū)域3個部分構(gòu)成，激光自動盤庫系統(tǒng)UI顯示界面如圖4所示。

圖4 激光自動盤庫系統(tǒng)顯示界面

（1）三維可視化區(qū)域采用先進(jìn)的圖形渲染技術(shù)，支持用戶對料堆模型進(jìn)行流暢的自由旋轉(zhuǎn)、無級放大與縮小操作，使用戶能夠從任意角度、任意距離全方位觀察料堆形態(tài)，為物料的科學(xué)規(guī)劃與合理堆放提供直觀的視覺指導(dǎo)。

（2）儲量總覽區(qū)域以簡潔明了的數(shù)值形式，實時呈現(xiàn)各礦倉內(nèi)物料的精確儲量，為生產(chǎn)計劃制定、成本核算等經(jīng)營活動提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

（3）各類型礦倉存儲容量顯示區(qū)域，通過可視化圖表，清晰展示不同礦倉的存儲容量占比情況，當(dāng)存儲容量超出預(yù)設(shè)閾值范圍，系統(tǒng)將觸發(fā)智能報警機制，以醒目的提示和警示聲音及時通知相關(guān)人員，保障倉儲管理的安全性與高效性。

4.2 激光自動盤庫系統(tǒng)控制界面

激光自動盤庫系統(tǒng)控制界面整體設(shè)計以用戶便捷操作為核心，采用簡潔直觀的交互布局。用戶可以通過一鍵式操作，快速實現(xiàn)盤煤作業(yè)的啟動與停止，提升操作效率；也可靈活設(shè)置定時定點參數(shù)，精準(zhǔn)執(zhí)行物料盤庫任務(wù)，滿足多樣化的作業(yè)需求。

激光自動盤庫系統(tǒng)配備了智能上電自檢功能，在設(shè)備啟動時，全面自動檢測激光雷達(dá)、云臺等關(guān)鍵設(shè)備的供電及通信狀態(tài)，并以清晰明了的可視化界面實時展示檢測結(jié)果。當(dāng)監(jiān)測到設(shè)備狀態(tài)異常，系統(tǒng)觸發(fā)報警機制，同時在界面高亮標(biāo)注故障設(shè)備及具體異常信息，幫助用戶迅速定位問題，及時采取應(yīng)對措施，確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性，激光自動盤庫系統(tǒng)控制界面如圖5所示。

圖5 激光自動盤庫系統(tǒng)控制界面

現(xiàn)場應(yīng)用情況

魯中礦業(yè)有限公司（簡稱魯中礦）以鐵礦石采選、加工、銷售為主營業(yè)務(wù)，鐵礦石總儲量達(dá)3億t，是國有大型地下黑色冶金礦山企業(yè)。魯中礦目前擁有鐵精礦倉6個、棚倉1個、露天倉1個以及銅礦倉1個，魯中礦現(xiàn)場安裝示意如圖6所示。為保證掃描無死角，每個筒倉安裝激光雷達(dá)1臺、棚倉安裝激光雷達(dá)6臺、露天倉安裝激光雷達(dá)11臺、銅礦倉激光雷達(dá)2臺，魯中礦雷達(dá)布局示意如圖7所示，經(jīng)過1年的穩(wěn)定運行與實際應(yīng)用驗證，主要取得3個方面的應(yīng)用優(yōu)勢。

圖6 魯中礦現(xiàn)場安裝示意

圖7 魯中礦雷達(dá)布局示意

（1）激光自動盤庫系統(tǒng)運用激光掃描儀，對料場進(jìn)行高頻率斷面掃描作業(yè)獲取高密度數(shù)據(jù)，單次盤庫時間<30 min，顯著提升采集效率。

（2）激光自動盤庫系統(tǒng)操作流程便捷，依據(jù)現(xiàn)場復(fù)雜多變的環(huán)境狀況靈活調(diào)整掃描參數(shù)與策略。掃描數(shù)據(jù)經(jīng)專業(yè)軟件算法進(jìn)行系統(tǒng)化分析處理，精準(zhǔn)完成料場體積測算與物料庫存計量。

（3）激光自動盤庫系統(tǒng)的可視化功能，將采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀立體的3D可視化圖形，計量人員掌握料場、料倉的實時狀態(tài)；測量結(jié)果支持以定制化報表形式輸出打印，便于數(shù)據(jù)留存與查閱。

總 結(jié)

（1）激光自動盤庫系統(tǒng)運用先進(jìn)三維掃描技術(shù)采集海量點云數(shù)據(jù)，快速高效獲取堆體三維數(shù)字化信息并精準(zhǔn)還原真實場景。通過多點激光雷達(dá)拼接技術(shù)消除復(fù)雜場景下單一激光掃描儀的盲區(qū)，實現(xiàn)散裝物料實時盤庫。

（2）激光雷達(dá)的自動盤庫系統(tǒng)單次盤點掃描時間< 30 min，測量誤差率<3%。通過自動化作業(yè)，降低人工操作強度、提升盤庫效率，實現(xiàn)減員增效，為倉儲管理數(shù)字化升級提供技術(shù)支撐。

（3）通過自研的自動防塵除塵功能解決了筒倉高粉塵環(huán)境的掃描可靠性難題，借助融合高清視覺圖像的AI物料識別技術(shù)，突破了礦倉多物料混合式自動化獨立盤庫的瓶頸，可為行業(yè)提供高精度智能化盤庫解決方案。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡介

《智能礦山》（月刊，CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139）是由中國煤炭科工集團(tuán)有限公司主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國法院士

刊載欄目：企業(yè)/團(tuán)隊/人物專訪政策解讀視角·觀點智能示范礦井對話革新·改造學(xué)術(shù)園地、專題報道等。

投稿網(wǎng)址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

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期刊成果：創(chuàng)刊5年來，策劃出版了“中國煤科煤礦智能化成果”“陜煤集團(tuán)智能化建設(shè)成果”“聚焦煤炭工業(yè)‘十四五’高質(zhì)量發(fā)展”等特刊/專題30多期。主辦“煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會”“煤炭清潔高效利用先進(jìn)成果發(fā)布會”“《智能礦山》理事、特約編輯年會暨智能化建設(shè)論壇”“智能礦山零距離”“礦山智能化建設(shè)運維與技術(shù)創(chuàng)新高新研修班”等活動20余次。組建了理事會、特約編輯團(tuán)隊、卓越人物等千余人產(chǎn)學(xué)研用高端協(xié)同辦刊團(tuán)隊，打造了“刊-網(wǎng)-號-群-庫”全覆蓋的1+N全媒體傳播平臺，全方位發(fā)布礦山智能化領(lǐng)域新技術(shù)、新產(chǎn)品、新經(jīng)驗。

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