带式输送机物料瞬时流量激光测量方法摘要：针对高带速、大运量带式输送机物料瞬时流量难以实时精准测量问题，提出一种基于激光扫描的带式输送机物料瞬时流量高精度实时测量方法.利用二维激光测距仪和测速传感器获取带式输送机高速运行下物料流三维激光点云数据，经滤波、异常值剔除、数据平滑等预处理后，通过分析扫描线上激光点云空间形态特征提出一种物料流轮廓自动提取方法，并建立基于面元积分的带式输送机物料瞬时流量计算数学模型.开发的带式输送机物料瞬时流量测量系统用于测量带宽为200mm槽型带式输送机在带速0.5～1.5m/s下物料流瞬时流量时，数据重复性和相关性都达到98%以上.实验结果表明，该方法采样间距小、测量精度高、实时性强，具有较强适用性和可靠性，有助于为港口带式输送机自适应节能控制技术提供实时、精确的数据.关键词：测量；物料瞬时流量；激光扫描；带式输送机；节能：TP23；TP249；TH715文献标识码：A2011年，我国港口拥有生产用码头泊位超3.1万，完成货物吞吐量突破100亿t（连续9年位居世界第一），其中干散货吞吐量占总吞吐量比率高达58.3%[1].随着干散货运输以年超10%比率迅猛增长，港口散货码头原粗放型长距离带式输送设备高耗能、低效率问题日益严重.特别当输送带上物料较少或断续情况时带式输送机仍以高速恒定状态运行从而能耗浪费严重.因此，交通部特别在《“十二五”水运节能减排总体推进实施方案》（[2011]474号文件）中将带式输送机节能运行控制技术列为重要研发任务之一.近年来，因变频技术调速平稳、瞬态稳定性高、节能等比较优势，国内外研究学者纷纷提出了基于输送带实时负荷的带式输送机变频调速控制方法[2-4].为使其运行在最佳负荷状态，物料瞬时流量成为调节带式输送机运行速度的重要指标.目前散货码头物料瞬时流量检测大多采用电子皮带秤、核子秤等接触式方式测量，其测量方式通常假定单位计量段内物料流分布均匀，因此计量精度易受真实物料分布不均、断续等因素影响.同时，带式输送机系统结构复杂，带速调节不当会直接影响系统各机械部件使用寿命和运行安全[5].随着带式输送机向高带速、大运量方向发展，实时、准确的物料流瞬时流量检测方法对于保障带式输送机系统生产安全同时切实提高系统生产效率具有重要意义.光学测量技术以其柔性大、结构简单、低成本和高精度等优点，逐渐被用于输煤量或煤堆体积等非接触式测量，包括视觉检测和激光测量两种.文献[6]采用小波、神经网络算法实现了带式输送机煤流视频图像边界快速识别和输煤量有效估计.文献[7]设计了双目视觉系统对大型散料（静态）物料体积和重量进行测量.针对堆场形貌复杂、纹理特征贫乏等特性，文献[8]提出了激光投射仪扫描辅助下的双目摄影测量方法对堆场进行扫描与局部三维形貌重建.为实现散状物料流量远程在线检测功能，文献[9]设计了基于FPGA（FieldProgrammableGateArray）和3G（ThirdGenerationMobileSystem）的带式输送机物料流视觉检测系统.上述基于视觉检测方法虽具有可行性，但处理速度因受纹理特征提取、摄像机标定等复杂算法限制而无法满足带式输送机物料流量实时采集要求.激光三维测量技术是一种高效率、高精度、实时测得堆体体积有效监测方法[10-11].考虑到激光测量受散料纹理特征因素影响较小优势，根据带式输送机物料流瞬时流量测量实时、连续、精准需求，本文利用二维激光测距仪和测速传感器获取带式输送机高速运行下高密度物料流三维激光点云数据，提出一种基于扫描线激光点云空间形态特征的物料流轮廓自动提取方法，设计了两种物料流截面积计算方法，并建立了一种基于面元积分的物料瞬时流量实时测量数学模型.最后通过设计、开发的带式输送机物料瞬时流量激光测量系统对本文测量方法进行实验测试.1物料瞬时流量激光测量原理1.1激光测量原理设计的物料瞬时流量激光测量系统原理图如图1所示.系统采用1台二维激光测距仪采集带式输送机水平高速运行下物料流表面三维激光点云数据，融合速度传感器转换的位移信息后经物料瞬时流量计算算法实现物料瞬时流量精准、高效计量.为方便获取被测物料流表面散乱激光点云，激光测距仪选择在带式输送机水平段高h处安装，并...