在煤炭行业的生产与管理过程中，煤棚盘料的精度至关重要，它直接关系到企业对煤炭储量的准确掌握、成本核算以及生产调度等多个方面。三维扫描激光雷达作为一种先进的测量技术，为煤棚盘料提供了新的手段。然而，其测量精度受到多种因素的影响。深入分析这些影响因素，对于提高三维扫描激光雷达煤棚盘料的精度具有重要的现实意义。
三维扫描激光雷达盘料技术是基于三维激光扫描技术发展而来。它采用非接触式的高速激光地图技术，能够方便地获取被测量物体（如煤堆）的水平方位和天顶距，并且自动存储好计算数据，从而获得点云的数据。通过对点云数据进行处理，可以快速地对物体进行三维建模。激光盘煤仪作为应用该技术的煤炭计量仪器，通过对煤炭表面进行扫描获取煤炭表面数据，然后将数据传输至计算机软件，通过软件快速、准确地计算出煤炭堆体积、重量等数据。
这种技术具有诸多优势。首先，自动化程度高，全部测量数据由扫描仪自动采集，减少了人工干预带来的误差。其次，操作简便，每步操作均有中文提示和说明，易学易会。再者，生成的三维扫描图形可放大、缩小、平移、多方位旋转查看，还可以生成煤堆高度图、剖面图，并能在高度图上查看煤堆高度，用于校核盘煤的准确性。此外，它可生成三维立体盘煤报表，生成图形可设置为渲染图或网格图，并且可实现现场盘煤和远程控制盘煤。同时，该技术不受机械条件与煤场环境的过多影响，能在存煤状态下进行测量，测量精度也不受外界磁场干扰，其相对精度优于 0.5‰。
在封闭煤场应用三维扫描激光雷达进行盘料时，常用的安装方式有多种。例如，条形煤场斗轮机大臂末端安装、圆形煤场堆取料机的堆料臂末端安装、门架式堆取料机的门架位置安装、条形煤场马道固定式分布安装以及条形煤场马道下方轨道式安装。
不同的安装方式对测量精度有着不同程度的影响。以早期设备安装在堆取料机臂上为例，受机械臂回转角度限制，如堆料机有效扫描角度仅 203°，这就会导致煤堆边缘数据缺失，形成扫描盲区，从而影响最终三维模型的构建精度，降低盘料的准确性。而像轨道移动式设备，若编码器数据漂移，会直接导致位置坐标偏移，进而影响盘料精度。另外，露天煤场中采用某些安装方式搭配 GPS 定位时，GPS 信号受天气干扰，定位误差可达米级，会严重影响坐标标定，最终影响盘煤的精度。
激光发射器与接收器的校准偏差、设备老化等因素会导致测距误差。例如，部分设备在 10%反射率条件下最大测距误差可达±3 cm。这种测距误差会直接影响到所获取的煤堆表面点云数据的准确性，进而对后续的三维建模和体积计算产生偏差。
手持或移动式设备的俯仰角、横滚角测量偏差会带来误差。如±0.5°的误差可能导致高度计算误差达 1.5%，这对煤堆体积的计算会产生较大影响，因为高度是计算体积的重要参数之一。
对于轨道移动式设备，编码器数据漂移会导致位置坐标偏移，直接影响三维模型构建精度。因为精确的位置坐标是构建准确三维模型的基础，坐标不准确会使模型与实际煤堆形状存在偏差。
除了前面提到的扫描盲区和 GPS 定位偏差外，若设备安装位置不当，可能会使扫描角度不合理，导致部分煤堆区域扫描数据不完整或不准确。例如，安装位置过高或过低，可能会使扫描到的煤堆表面信息出现变形或缺失。
温度、湿度和粉尘等环境因素对盘料精度也有显著影响。高湿度或煤场粉尘会导致激光散射，使测距精度下降。实测湿度>80%时，误差增加约 0.5%。另外，煤堆表面特性如密度分布不均，压实区与松散区密度差异达 10%以上，会导致体积 - 重量换算误差，使得根据体积计算出的煤堆重量不准确。
定期对激光雷达设备进行校准和维护，确保激光发射器与接收器的校准精度，及时发现并处理设备老化问题。对于姿态传感器，采用高精度的传感器，并定期进行校准和检查，减少测量偏差。对于轨道移动式设备的编码器，建立数据监测机制，及时发现数据漂移问题并进行修正。
在选择安装方式时，充分考虑煤场的实际情况，如煤场形状、大小、设备活动范围等，尽量避免扫描盲区的出现。如果可能，采用多设备组合扫描的方式，通过不同角度和位置的扫描数据融合，提高数据的完整性和准确性。对于采用 GPS 定位的情况，可结合其他辅助定位手段，如地面标记点等，减少 GPS 信号干扰带来的误差。
在煤棚内安装温湿度监测设备，实时监测温湿度变化。当湿度较高时，可采取通风降湿等措施，降低湿度对激光测距的影响。对于煤场粉尘问题，可安装吸尘设备或喷水降尘装置，减少粉尘浓度。同时，在进行盘料前，对煤堆进行一定程度的平整和压实处理，尽量减小煤堆密度分布不均的情况，提高体积 - 重量换算的准确性。
以某大型煤矿的煤棚盘料项目为例，该煤矿最初采用在堆取料机臂上安装早期的三维扫描激光雷达设备进行盘煤。在实际应用中发现，盘煤结果与实际储量存在较大偏差。经过分析，发现是由于堆取料机臂的回转角度限制导致扫描盲区较大，煤堆边缘数据缺失严重，同时设备的激光测距精度也因设备老化出现了误差。
针对这些问题，该煤矿采取了一系列改进措施。首先，更换了新的高精度激光雷达设备，并对设备进行了定期校准和维护。其次，改变了安装方式，采用条形煤场马道固定式分布安装，并增加了一台辅助扫描设备，从不同角度进行扫描，减少了扫描盲区。此外，在煤棚内安装了温湿度监测和降尘设备，改善了测量环境。经过这些改进后，盘煤的精度得到了显著提高，相对误差从原来的 2%降低到了 0.3%以内，满足了企业对煤棚盘料精度的要求。
综上所述，三维扫描激光雷达在煤棚盘料中具有很大的应用潜力，但要提高其盘料精度，需要综合考虑多种因素。设备硬件误差、安装与定位偏差以及环境干扰等都会对精度产生影响。通过采取定期校准维护设备、优化安装方式、应对环境干扰等措施，可以有效提高盘料精度。
未来，随着技术的不断发展，三维扫描激光雷达的性能将不断提升，其精度也有望进一步提高。同时，与其他先进技术如人工智能、大数据等的融合应用，将为煤棚盘料提供更智能、更准确的解决方案。例如，利用人工智能算法对扫描数据进行处理和分析，能够更快速、准确地识别煤堆的形状和体积，进一步减少误差，为煤炭行业的生产和管理提供更有力的支持。