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便携式计算机的车载激光扫描盘煤系统研究

作　者: 韦山
导　师: 孔晓玲
学　校: 安徽农业大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 激光扫描误差分析体积测量激光测距三角剖分
分类号: TM769
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 165次
引　用: 8次
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内容摘要

目前大多数电厂的煤场采用人工丈量测存煤量，这种计量方法，不仅浪费人力物力，而且测量结果精度差。人工丈量需要推土机整形，耗时耗力，耽误堆煤、取煤，计量精度差不利于管理数据化，不利于提高管理水平，不利于提高经济效益。为此，我们和合肥科德公司合作开发了《KDS2004激光扫描盘煤系统》。本文以火力发电厂露天煤场存煤量的自动检测系统为研究对象，该系统是集激光、机械、微电子、计算机等技术于一体，为激光扫描单元车载结构，由激光扫描单元、位移传感器、起停传感器、下位机、便携式计算机和小车组成。系统的基本原理是采用脉冲式激光单元扫描测量煤堆到往返目标时间来获取煤堆高度值，将激光扫描技术与传感技术相结合来测量煤堆的体积。该系统实现了高密度数据的快速采集、高速度数据处理与分析、高精度体积计算和简便的三维重建操作。本文提出了车载激光扫描系统的测量实施方案；深入分析了便携式计算机的车载激光扫描系统的测量原理；对整个系统的设计方案和参数选择进行了研究，设计了系统的部分硬件，并证明了其设计的合理性和可行性；利用Delphi、C++Builder以及三维图形软件标准接口OpenGL语言开发了上位机软件，该软件包括上位机的通讯模块、煤堆三维图形的生成模块、体积计算模块等；用汇编语言编写下位机数据采集和通讯部分的程序；详细地阐述了基于限定矩形区域的Delaunay三角剖分算法，实现了煤堆表面离散点的平面三角剖分和空间拓扑；从理论上详尽地分析了系统的体积误差，先从测量误差、截断误差、粗大误差入手，然后误差合成得出体积测量的误差，最后提出解决误差的方法。本系统与传统的人工测量方法相比，极大地提高了测量效率和测量精度，克服了人为因素对测量结果的影响。解决了露天煤场存煤量测量这一长期困扰国内各大火力发电厂的难题，具有较强的实用性和推广价值。可有效地替代传统的人工测量方法，提高电厂的生产管理水平。较之于门式激光盘煤系统，该系统克服了其体积测量精度不高的缺点；较之于安装在斗轮机上的激光盘煤系统，克服了其成本太高的缺点。较之于目前广泛使用的CCD摄像盘煤系统，克服了其阴天工作效果不佳的缺点。

全文目录

第一章绪论  11-20
  1.1 课题的背景及国内外现状  11-17
    1.1.1 课题背景  11
    1.1.2 国内外现状  11-16
    1.1.3 本论文研究的目的和主要工作  16-17
    1.1.4 论文的应用前景及研究意义  17
  1.2 本测量系统的结构框图  17-18
  1.3 本论文技术路线  18-19
  1.4 本激光盘煤测量系统与其他盘煤系统不同之处  19-20
第二章测量系统的设计及参数选择  20-35
  2.1 系统组成及各部分介绍  20-21
    2.1.1 硬件组成及各部分介绍  20-21
    2.1.2 软件组成及各部分介绍  21
  2.2 总体设计及参数选择  21-29
    2.2.1 激光扫描单元设计及参数选择  21-26
    2.2.2 传感器设计及参数选择  26-27
    2.2.3 主控单元(下位机)设计及参数选择  27-28
    2.2.4 上位机设计及参数选择  28
    2.2.5 小车设计及参数选择  28-29
  2.3 系统的设计思想  29-33
    2.3.1 数据采样定理  29-30
    2.3.2 体积测量的原理  30-33
  2.4 激光盘煤系统的工作原理  33
  2.5 系统的技术指标、特点和优点  33-35
第三章系统软件的设计  35-60
  3.1 软件设计简介  35-41
    3.1.1 软件设计环境的选择  35
    3.1.2 绘图软件设计选择  35-37
    3.1.3 软件总体规划  37-41
  3.2 测量控制子系统的算法  41-44
    3.2.1 计算机串行通讯概述  41-42
    3.2.2 上下位机接口串行通讯设计要点  42-44
    3.2.3 数据采集模块  44
  3.3 煤堆三维图形重建子系统的算法  44-54
    3.3.1 概述  44-45
    3.3.2 数字模型模块的研究  45-49
    3.3.3 法向量计算模块的算法  49-51
    3.3.4 图形生成、变换模块的算法  51
    3.3.5 光照消隐处理模块的算法  51-54
  3.4 煤堆体积计算子系统的算法  54-60
    3.4.1 数据云的预处理模块  54-57
    3.4.2 平滑处理模块  57-58
    3.4.3 体积计算模块  58-60
第四章下位机设计  60-70
  4.1 下位单片机组成及原理  60-61
  4.2 下位单片机硬件设计及参数选择  61-66
    4.2.1 CPU芯片的选择及介绍  61-62
    4.2.2 程序存储器选择和扩展的设计  62-63
    4.2.3 A／D转换模块的设计(ADC0816)  63-64
    4.2.4 传感器信号调理电路的设计  64-65
    4.2.5 下位单片机与上位PC机通信接口的设计  65-66
  4.3 下位单片机软件的设计  66-70
    4.3.1 下位单片机软件设计的思想  66-69
    4.3.2 8032单片机串行接口与定时器／计数器在本系统中的应用  69-70
第五章系统的误差分析  70-81
  5.1 概述  70-71
  5.2 测量误差的分析研究  71-74
  5.3 截断误差的分析研究和形成原因  74-77
    5.3.1 截断误差概述和定义  74
    5.3.2 截断误差的分析  74-77
    5.3.3 减少截断误差的方法  77
  5.4 粗大误差的形成和分析研究  77
  5.5 综合误差的形成和分析研究  77-79
    5.5.1 重复测量精度测试  78
    5.5.2 变量测量精度测试  78-79
  5.6 提高整个系统测量精度的方法  79-81
第六章结论与建议  81-83
  6.1 论文的主要结论  81
  6.2 工作的总结与展望  81-83
参考文献  83-87
致谢  87-88
个人简介  88
在读期间发表的学术论文  88

便携式计算机的车载激光扫描盘煤系统研究

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