传统的煤棚测量与管理方法在煤炭行业长期占据主导地位，但随着行业发展和技术进步，其局限性愈发明显。在煤棚的各项工作中，对煤炭储量的盘点、煤堆体积的测量是重要环节。然而，传统方法在这些方面面临诸多难题。
早期的存煤盘点方式，多依赖人工拉皮尺等原始手段。这种方式不仅要耗费大量的人力、财力和时间，而且误差较大，准确度低。煤场的环境通常较为恶劣，煤尘飞扬，工作条件艰苦，人工测量不仅效率低下，还对测量人员的身体健康造成威胁。并且，人工测量时人为因素影响较大，不同测量人员的操作手法和判断标准存在差异，导致测量结果的一致性和准确性难以保证。
像全站仪单点测量法、RTK 单点测量方式和重锤法等也是传统测量方法中的常见手段。这些方法对测量环境要求较高，易受环境因素影响。例如，在煤棚这种粉尘浓度高的环境下，测量效果会大打折扣。同时，它们对测量人员的素质要求极高，需要具备较多的测量经验。测量步骤极其繁琐，设备笨重且操作复杂，耗费的测量周期长，无法快速准确地获取煤堆的相关数据，测量精度也很低，模拟煤堆的成像误差较大，无法满足如今对于获取煤堆数据实时性和高精度的要求。
传统激光或光学测量设备在煤棚中使用时，也会受到粉尘干扰问题。煤棚内粉尘浓度高，这些设备难以穿透粉尘，导致数据失真。此外，由于煤炭物料的特殊性质，煤棚需要保持通风、温度、湿度控制等，以防止物料变质或结块，而普通设备在这种环境下容易出现故障或测量误差。煤堆的形状通常复杂多样，表面存在高低起伏、凸出与凹陷不一的形态，传统的测量方法无法精准测量物料的体积。并且，传统盘点方式耗时较长，会导致生产过程被迫中断，无法保持连续性，进而引发显著的经济损失。作业人员频繁进入煤棚，不仅面临恶劣的作业环境，还存在有害气体积聚的风险，复杂的煤堆结构和高空作业环境也使得作业人员面临较高的健康风险和坠落风险。
三维扫描激光雷达技术是一种先进的测量手段，它通过向目标物体发射激光束，并接收反射信号，快速获取物体表面的密集点云数据。这些点云数据包含了目标物体表面各个点的三维坐标信息。接着，通过算法对这些点云数据进行处理和分析，计算点云体积等相关参数，从而实现对煤堆体积等信息的精确测量。
这种技术的核心在于其高精度的激光测距和先进的数据处理能力。激光雷达传感器按照一定的速率发射激光束，激光束打在被扫描物体上反射回来被仪器本身接收，仪器根据激光发射和接收的时间差等信息，计算出被扫描地物的距离和三维坐标。经过软件对大量点云数据的处理与计算，可以构建出物料的三维立体图，进而得出被测料堆的长、宽、高度、面积、体积等重要数据。
不同类型的三维扫描激光雷达在原理上基本相同，但在具体的技术细节和应用场景上可能会有所差异。例如，一些三维扫描激光雷达融合了太赫兹调频连续波（FMCW）雷达技术、三维点云建模与 AI 算法，可在高粉尘、高湿度的复杂环境中稳定运行。而基于 3D 激光扫描技术的料位监测系统，采用边缘计算终端、伸缩支撑杆、搭载防爆激光雷达等方式，来进行煤仓煤堆测量和 3D 成像。
首先是设备的选择与安装。在煤棚中使用三维扫描激光雷达时，需要根据煤棚的大小、煤堆的规模等因素选择合适的设备。比如对于小型煤棚或小堆体，可以选择手持式三维激光扫描仪；对于大型煤棚和大范围的煤堆测量，则适合采用车载式或固定式的三维激光扫描仪。如果煤棚环境较为复杂，为了确保全面覆盖，可以选择使用 3D 雷达扫描机器人。该机器人可融合先进技术，实现 360°无盲区扫描。设备的安装也非常关键，要保证其安装位置能够全面、准确地扫描到煤堆的各个部分。对于固定式激光盘煤仪，可根据需求选择单台或多台，采用固定式定点安装方式对整个煤场进行盘点扫描。
在数据采集阶段，确定合理的扫描策略至关重要。需要围绕煤堆设置多个扫描站点，以确保点云密度和重叠率符合要求，一般点云密度≥50 点/m²，重叠率≥30%。以 3D 雷达扫描机器人为例，它通过水平旋转与垂直摆动结构实现全方位扫描，单次扫描可获取大量检测点数据，如有的设备单次扫描可获取 16200 个检测点数据。
采集到的数据需要进行处理，第一步是点云拼接。由于是从多个站点进行扫描，获取的点云数据需要通过特征匹配或标靶球等方式实现多站点云对齐，将不同站点的点云数据整合为一个完整的数据集。然后进行去噪处理，剔除离群点和无关物体（如车辆、设备等）的干扰，以保证数据的准确性。接着将处理后的点云转化为三角网格模型，生成煤堆表面数字高程模型（DEM），为后续的体积计算提供基础。
体积计算时，需要设定合理的基准面，通常选择自然地面或设计标高作为基准。在计算体积的算法方面，常用的有格网法和三角面法。格网法是将 DEM 划分为规则网格，计算每个网格的体积并累加；三角面法则是直接基于三角网格计算体积。
在测量精度上，传统方法存在明显不足。人工测量由于受到测量工具和人为因素的影响，误差较大，难以满足现代煤炭企业对精准数据的要求。而全站仪单点测量法、RTK 单点测量方式等传统测量方法虽然相对人工测量有一定提高，但在复杂的煤堆形状和恶劣的环境下，测量精度依然有限。相比之下，三维扫描激光雷达具有高精度的优势，单点精度可达毫米级，整体体积误差率≤1%，有的激光盘煤仪提供实时厘米级定位数据，相对精度优于千分之五。
从效率方面来看，传统方法效率低下。人工拉皮尺测量不仅速度慢，而且需要大量的人力和时间投入。传统的测量方式操作繁琐，测量周期长，一个煤场的盘点可能需要几天甚至更长时间，这对于企业的生产连续性造成很大影响。而三维扫描激光雷达测量速度快，单堆体扫描仅需 10 - 30 分钟，支持大面积连续扫描，一个煤场的扫描和测量有的可在半小时左右完成，大大提高了工作效率，减少了停机时间，保证了生产的连续性。
在环境适应性方面，传统方法受到很大限制。传统激光或光学测量设备易受煤棚内高粉尘的干扰，导致数据失真，同时普通设备对温湿度变化较为敏感，容易出现故障或测量误差。而三维扫描激光雷达具有较强的环境适应性，一些设备融合了先进技术，可在高粉尘、高湿度的复杂环境中稳定运行。例如 3D 雷达扫描机器人凭借毫米波穿透技术，能够有效应对粉尘干扰问题，确保测量数据的准确性。
安全性也是两者对比的重要方面。传统的人工测量方法需要作业人员频繁进入煤棚，煤棚现场环境恶劣，存在有害气体积聚的风险，复杂的煤堆结构和高空作业环境使得作业人员面临较高的健康风险和坠落风险。而三维扫描激光雷达采用非接触式测量方式，减少了人员进入煤棚的频次，降低了人员的安全风险。例如，使用 3D 雷达扫描机器人可实现无人值守作业，人员通过移动终端远程查看测量数据，避免了直接接触危险环境。
某大型煤电企业面临着煤堆体积动态变化快、人工测量效率低的问题。该企业的煤场面积较大，煤堆数量众多且形状复杂，传统的人工测量方法不仅耗费大量人力和时间，而且测量误差较大，无法及时准确地掌握煤堆的库存情况，影响了企业的生产调度和成本控制。
为了解决这些问题，该企业采用了车载式三维激光扫描仪。这种设备具备高精度扫描和快速数据处理能力，单次扫描可覆盖 5 万㎡煤场。在实际应用中，通过设置合理的扫描站点和扫描策略，能够全面获取煤堆的点云数据。经过准确的数据处理和体积计算，该企业实现了煤堆体积测量误差率＜0.8%，相比传统测量方法，效率提升了 60%。 从经济效益来看，采用三维激光扫描仪为企业带来了显著的效益。年节省人工成本约 120 万元，由于减少了煤堆盘点误差导致的经济损失约 80 万元。精确的煤堆体积测量数据也为企业的生产调度和采购计划提供了科学依据，优化了煤炭的储存和使用，降低了运营成本。
另外，锐达仪表研发的 3DPro2300 雷达扫描机器人在某大型堆场的煤棚中得到应用。该堆场存在粉尘浓度高、温湿度变化大、煤堆形状不规则等问题，传统测量方法无法满足需求。3DPro2300 雷达扫描机器人通过水平旋转与垂直摆动结构，实现 360°无盲区扫描，精准感知料堆表面形态。设备融合的太赫兹调频连续波（FMCW）雷达技术、三维点云建模与 AI 算法，使其能够在复杂工况下稳定运行。上位机软件将三维模型可视化，实时展示煤堆分布与库存数据，用户可通过移动终端远程查看，支持无人值守作业。该设备的应用实现了堆场散装物料盘点的智能化，提高了工作效率和测量精度，降低了安全风险，同时通过云平台存储历史数据并结合机器学习分析料堆变化趋势，为物料调度、采购计划提供了科学依据，真正实现了堆场的精细化管理。
随着人工智能技术的不断发展，AI 辅助分析将在三维扫描激光雷达在煤棚的应用中得到更广泛的应用。结合机器学习算法，系统可以自动识别煤堆边界、凹陷区域等特征，进一步提高数据处理的效率和准确性。例如，通过对大量历史数据的学习，算法可以更加精准地判断煤堆的不同形态和特征，为企业提供更详细的煤堆信息，有助于企业更好地进行煤堆管理和调度。 无人机集成也是未来的一个重要趋势。搭载激光雷达的无人机可以实现空中扫描，提升在复杂地形下的适应性。对于大型煤棚或地形复杂的煤场，无人机可以从空中多角度、全方位地对煤堆进行扫描，获取更加完整和准确的点云数据。它能够快速覆盖大面积区域，减少现场设备部署的限制，提高测量的灵活性和效率。 5G 实时传输技术的应用将使得扫描数据能够实时回传至云端。这将支持远程监控与决策，企业管理人员可以随时随地通过云端平台查看煤堆的实时数据和三维模型。在出现异常情况时，能够及时做出决策和处理，提高企业的响应速度和管理效率。同时，5G 网络的高速稳定传输也为大数据分析和云计算等技术在煤棚管理中的应用提供了保障，有助于企业实现更智能化、精细化的管理。
此外，三维扫描激光雷达设备本身也将不断升级和优化。设备的体积可能会更小、更轻便，同时性能会进一步提升，如测量精度更高、数据处理速度更快、环境适应性更强等。这将使得设备的安装和使用更加便捷，降低使用成本，扩大其应用范围。在软件方面，操作界面将更加人性化，数据分析功能将更加丰富和强大，为用户提供更加优质的使用体验。未来，三维扫描激光雷达在煤棚的应用前景将十分广阔，将为煤炭行业的智能化发展提供有力支持。