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便携式三维激光扫描在安开数字化矿山中的应用

发布日期:2020-09-05  来源:采矿技术  作者:肖丽娟  浏览次数:192
        随着数字化矿山建设持续推进,三维激光扫描、无人机、三维声呐等现代技术都已在工程测量工作中大显身手[1-12],五矿矿业为满足矿山生产产能不断扩大、生产井巷工程实测工作繁重和数字化矿山生产实际需求,克服传统仪器测量实测操作复杂、耗时耗人力、效率低等工作弊端,急需寻求一种便捷、高效率的新技术和新方法配合使用新仪器来解决矿山面临的难题。

1 目前井巷工程测量采用的仪器

在传统井巷工程测量工作中,主要采用全站仪进行日常测量工作。全站仪,即全站型电子测距仪(Electronic Total Station),是集水平角、垂直角离(斜距、平距)、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。与光学经纬仪比较电子经纬仪将光学度盘换为光电扫描度盘,将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数,使测角操作简单化,且可避免读数误差。

1.1 工作中受影响因素

全站仪的操作程序复杂、繁琐,需要 4 人合作才能完成实测工作,且常年受以下几方面因素影响:

(1)温差。井下与地面温度不同,受影响因素也不同。在井下作业时,空气接触仪器后会在仪器表面形成水雾,即使用镜头纸擦拭镜头,也会随操作人员呼出的气体与其接触后会在目镜上形成水雾,从而造成视觉模糊,影响读数的精准。

(2)烟尘。井下测量时,会因为巷道掘进爆破后产生的烟雾和粉尘而造成通视问题,从而影响测量工作的正常开展。

(3)湿气。井下由于在钻探过程中会产生水汽,从而影响仪器读数。

(4)人为原因。在井下测量时,其他掘进作业人员也在工作,会因测量工作的原因,需要他们停工配合,从而影响了其生产进度,会因其人员催促以至产生差错。

1.2 成果形式

用传统测量仪器采集的数据导入 CAD 绘图软件中,进行计算描绘。从精度上来说,会因外界及仪器本身的因素造成精度误差;从视觉上来说,成果以二维平面体现,不能更好地还原井巷工程施工的实际情况。

2 便携式三维激光扫描仪在矿山的应用

便携式移动三维激光扫描系统以 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)即时定位和地图构建技术,快速、动态、灵活地测量和记录测区空间三维信息数据,以达到实景复制的目的,并且直接在手持平台上实时显示三维影像。便携式三维激光扫描仪其扫描结果直接显示为三维点云,利用三维激光扫描技术获取的空间点云数据,可快速建立结构复杂、不规则的场景的三维可视化模型,省时又省力。目前矿山测量中应用较广的有手持式、背包式等多种模式。便携式三维激光束扫描仪的工作流程包括:资料准备、数据采集、数据编辑、提交成果。此次便携式三维激光扫描仪测量地点为安开李楼−400 水平。

2.1 现场数据采集

通过打开 SLAM 设备让其沿着巷道进行作业便可实现对巷道的三维数据采集,在采集过程中设备内部采用 SLAM 算法,可以实现数据的实时自动拼接和处理,大大减少内业处理流程。

2.2 内业处理

使用 RealWorks 软件的点云自动配准功能,将SLAM 多个工程数据统一配准整合一起,对单次扫描的结果进行抽稀、降噪、剪切、平剖等多种处理后,再将多次测量结果进行拼接,最终得到空间三维数据。

2.3 数据分析对比

将前期采用全站仪测量的平巷和穿脉与本次采用便携式三维激光扫描仪测量三维数据进行对比:

(1)平巷与穿脉位置。前期全站仪测量的数据导入 CAD 进行计算成图,再将本次用便携三激光扫描仪测量形成的模型成果与同测位置在DIMINE 软件中进行拟合对比,结果显示,两者吻合度比较高。

(2)采场剖面图的制作。将便携式三维激光扫描仪测量的三维成果在DIMINE 软件中直接进行剖面图制作,与传统 CAD 软件制作的成果进行比较,结果显示比较贴合实际(见图 1 和图 2),且工作效率有了较大的提高。

2.4 工作效率对比

三维扫描系统测量较全站仪测量效率高,且三维扫描系统测量自动化程度高,可以减少人为误差。

3 结 论

通过本次测量结果得出以下结论:

(1)三维扫描系统测量的巷道模型与全站仪测量的巷道模型吻合较高,可以满足数字化矿山生产需要。

(2)便携式三维激光扫描仪器设备轻便,操作简单,通过人背或手持可实现采集空间数据,可节约大量人物、物力。测量效率相比传统测量方式或静态扫描系统测量要高很多。

(3)地下开采的特殊性给测量人员带来很大的不安全性,如井下采场实测,空区测量工作等。三维激光扫描仪工作程序固定,实用性强,突破传统测量的局限性,采用非接触测量方式对复杂、高危区域的目标进行空间三维信息采集,测量时间短、效率高,数据采集简单便捷,与传统实测方法相比,2 个人即可完成作业,且可以减少测量人员的劳动强度及在危险源附近停留的时间。

(4)实现了与三维矿业软件 DIMINE 的无缝对接。空间数据采集完成之后进行内业处理,在配套软件中生成井巷工程模型,将相对坐标转换为绝对坐标,再将生成的井巷工程模型导入 DIMINE 软件中,即实现了与三维矿业软件 DIMINE 的无缝对接。在进行井巷工程实测的同时生成了三维DIMINE 模型,不再需要专人做测量 DIMINE 模型,节省了人力。与步距法相比,所生成的模型是现场实际的反应,模型精度更高。

(5)传统实测方式剖面图是在平面图基础上编辑完成的,需要先画平面图再画剖面图,而在DIMINE 软件中平面图和剖面图同时生成,大大提高了工作效率。

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