CN107037496A - 一种露天矿山的实地动态检测方法 - Google Patents

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魏世玉
潘勇
江君
李川
李逾睿
夏超
李诘
闫发奎
樊超
唐敏
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Abstract

本发明提供了一种露天矿山的实地动态检测方法，包括如下步骤：步骤100，根据要求选择三维激光扫描仪设备，同时划分每个三维激光扫描仪设备的扫描区域，然后在每个扫描区域布置三维激光扫描仪设备；步骤200，在相邻扫描区域之间建立公共特征点云，然后依次启动各扫描区域的三维激光扫描仪设备对现场进行扫描，并得到区域点云数据；步骤300，对区域点云数据进行点云拼接、点云修剪和坐标系转换后得到整体点云数据；步骤400，利用工具对整体点云数据进行处理后即可得到当前露天矿山的各种实际数据和三维可视化图像。本发明基于三维激光扫描技术，能够对抽查时刻的露天矿山的空间形状复原。同时使得三维化管理模式逐渐替代二维模式。

Description

一种露天矿山的实地动态检测方法
技术领域
本发明涉及矿山勘探领域，特别是涉及一种基于三维激光扫描技术的露天矿山采矿权实地核查及储量动态检测方法
背景技术
在露天矿山是否符合规定的开采要求的抽查方面，主要采用全站仪或RTK对采剥面进行测量，通过对采剥面的轮廓进行离散采点坐标，进而分析露天矿山的越界情况是否符合规定，动用资源储量采用构建剖面方法计算。这种抽查手段主要存在以下缺陷：
(1)由于是对采剥面的边界关键点采集坐标，无法获取关键点之外的点位信息，因此无法获取矿山的整个三维信息，精度难以保证。
(2)对动用资源储量的计算是以关键点构筑剖面信息，进而对剖面以角(截)椎体、棱柱体近似估计，存在人为因素的影响。
(3)后期成果主要呈二维形式，二维成果很难直观显示以及很难准确地描述矿山的关键信息。
发明内容
针对现有露天矿山采矿权核查技术或设备存在的测量信息少、精度低、信息成果多样性差的问题，本发明提供一种一种露天矿山的实地动态检测方法，包括如下步骤：
步骤100，根据要求选择三维激光扫描仪设备，同时划分每个三维激光扫描仪设备的扫描区域，然后在每个扫描区域布置三维激光扫描仪设备；
步骤200，在相邻扫描区域之间建立公共特征点云，然后依次启动各扫描区域的三维激光扫描仪设备对现场进行扫描，并得到区域点云数据；
步骤300，对区域点云数据进行点云拼接、点云修剪和坐标系转换后得到整体点云数据；
步骤400，利用工具对整体点云数据进行处理后即可得到当前露天矿山的各种实际数据和三维可视化图像。
在本发明的一个实施方式中，在划分扫描区域时，以每个三维激光扫描仪设备能够覆盖的范围为准。
在本发明的一个实施方式中，所述公共特征点云是指相邻两个扫描区域的三维激光扫描仪设备同时都能够扫描到的物体。
在本发明的一个实施方式中，所述三维激光扫描仪设备获取当前扫描区域的图像时处于固定状态。
在本发明的一个实施方式中，所述三维激光扫描仪设备获取区域点云数据时与地面的扫描夹角为80～100度。
在本发明的一个实施方式中，在各所述三维激光扫描仪设备对各自的扫描区域进行扫描时，还包括一次RTK测站作业。
在本发明的一个实施方式中，通过RTK和三维激光扫描仪设备的结合获取西安80坐标系。
在本发明的一个实施方式中，RTK的坐标点至少选取两个，同时坐标点之间的距离以能够控制整个露天矿山的扫描范围为准。
在本发明的一个实施方式中，所述实际数据包括开采范围越界分析、动用资源储量计算、露天矿山台阶分析、TIN三维模型、坡度图、剖面图和等高线。
在本发明的一个实施方式中，对整体点云数据进行处理是的工具是ArcGIS软件。
本发明基于三维激光扫描技术，能够对抽查时刻的露天矿山的空间形状复原。通过点云处理软件，实现露天矿山采矿权核查和动用资源储量检测。本发明使得露天矿山采矿权核查的准确度更高，动用资源储量计算的精度更高。同时后期成果多样化促进了数字矿山的发展，使得三维化管理模式逐渐替代二维。
附图说明
图1是本发明一个实施方式的实地动态检测方法的步骤流程示意图；
图2是本发明一个实施方式的实地动态检测方法的处理过程流程图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明一个实施方式的露天矿山的实地动态检测方法，一般性地包括如下步骤：
步骤100，根据要求选择三维激光扫描仪设备，同时划分每个三维激光扫描仪设备的扫描区域，然后在每个扫描区域布置三维激光扫描仪设备。
三维激光扫描仪设备选型时，需要考虑对当前露天矿山的大小、精度和环境适宜性要求。
在划分扫描区域时，需要考虑露天矿山的整体范围、采剥面、现场开采的地物地貌形状、特征物分布、现场施工状况设备及三维激光扫描仪设备能够覆盖的范围，再确定三维激光扫描仪设备的现场测站布置。
此外，在三维激光扫描仪设备获取当前扫描区域的图像时最好处于固定状态。
步骤200，在相邻扫描区域之间建立公共特征点云，然后依次启动各扫描区域的三维激光扫描仪设备对现场进行扫描，并得到区域点云数据。
在逆向工程中通过测量仪器得到的产品外观表面的点数据集合称之为点云。公共特征点云是指相邻两个扫描区域的三维激光扫描仪设备可以同时扫描到的物体。
在三维激光扫描仪设备对当前扫描区域进行扫描作业时，对每个扫描区域还包括一次RTK测站作业。RTK(Real-time kinematic)载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。这是一种新的常用的GPS测量方法，能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，可极大提高外业作业效率。
此外，露天矿山的三维激光扫描仪设备扫描之前，应确定当前露天矿山的测站数量和位置，若测站位置未在合适的位置，即与周围测站之间不存在合适的公共特征点云，则会导致该测站获取到的区域点云数据无法与整体点云数据融合；同时若其他测站区域点云数据未能覆盖该区域，则会导致该露天矿山的三维扫描外业工作返工，造成时间和经济上的损失。
三维激光扫描仪设备与地面的扫描夹角可以在80～100度之间，且越接近90°越好。三维激光扫描仪设备应布置在较稳定的区域，同时周围无大型设备作业或人工剥离作业。
具体的公共特征点云可以是电杆、标牌等明显具有清晰轮廓的物体。
在扫描作业时，提出以RTK、三维激光扫描仪设备结合获取带有西安80坐标系的露天矿山整体点云数据。露天矿山扫描作业过程中，为保证露天矿山的三维激光扫描仪设备外业工作效率，以先局部坐标系扫描区域点云数据，后内业变换坐标系的方式流程处理。本方法对RTK获取西安80坐标系提出两种方式，一是对测站点做好标记，将RTK置于测站点上，获取该测站点坐标；二是选取露天矿山内的特征物体，如标牌，警告牌等具有明显、清晰的轮廓的物体。以上两种方式在后期均需在内业中识别该特征物体，设置点坐标。为保证坐标系的精度，RTK坐标点至少选取两个，同时坐标点之间的距离应能控制整个露天矿山的扫描范围。根据露天矿山的地貌，视野开阔的区域设置高分辨率扫描，对其余视野狭窄或起伏较大的区域加密测站数量，设置低分辨率扫描，两者相互结合，提高作业效率。
步骤300，对区域点云数据进行点云拼接、点云修剪和坐标系转换后得到整体点云数据。
对区域点云数据的各种处理可以采用现有的软件实现，如ArcGIS。将各三维激光扫描仪设备得到的区域点云数据，进行拼接和修剪后可得到整个露天矿场的整体点云数据。
步骤400，利用工具对整体点云数据进行处理后即可得到当前露天矿山的各种实际数据和三维可视化图像。
对整体点云数据进行处理的工具，可以是ArcGIS一类软件，其对整体点云数据(前后共两次)进行处理，得到露天矿山的动用资源储量、越界情况、台阶分析等点云成果，并以三维可视化的方式整个实现露天矿山核查成果的三维可视化。
点云成果主要包含开采范围越界分析、动用资源储量计算、露天矿山台阶分析、TIN三维模型、坡度图、剖面图、等高线等成果。
本发明基于三维激光扫描技术，能够对抽查时刻的露天矿山的空间形状复原。通过点云处理软件，实现露天矿山采矿权核查和动用资源储量检测。本发明使得露天矿山采矿权核查的准确度更高，动用资源储量计算的精度更高。同时后期成果多样化促进了数字矿山的发展，使得三维化管理模式逐渐替代二维。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种露天矿山的实地动态检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤100，根据要求选择三维激光扫描仪设备，同时划分每个三维激光扫描仪设备的扫描区域，然后在每个扫描区域布置三维激光扫描仪设备；
步骤200，在相邻扫描区域之间建立公共特征点云，然后依次启动各扫描区域的三维激光扫描仪设备对现场进行扫描，并得到区域点云数据；
步骤300，对区域点云数据进行点云拼接、点云修剪和坐标系转换后得到整体点云数据；
步骤400，利用工具对整体点云数据进行处理后即可得到当前露天矿山的各种实际数据和三维可视化图像。
2.根据权利要求1所述的实地动态检测方法，其特征在于，
在划分扫描区域时，以每个三维激光扫描仪设备能够覆盖的范围为准。
3.根据权利要求1所述的实地动态检测方法，其特征在于，
所述公共特征点云是指相邻两个扫描区域的三维激光扫描仪设备同时都能够扫描到的物体。
4.根据权利要求1所述的实地动态检测方法，其特征在于，
所述三维激光扫描仪设备获取当前扫描区域的图像时处于固定状态。
5.根据权利要求1所述的实地动态检测方法，其特征在于，
所述三维激光扫描仪设备获取区域点云数据时与地面的扫描夹角为80～100度。
6.根据权利要求5所述的实地动态检测方法，其特征在于，
在各所述三维激光扫描仪设备对各自的扫描区域进行扫描时，还包括一次RTK测站作业。
7.根据权利要求6所述的实地动态检测方法，其特征在于，
通过RTK和三维激光扫描仪设备的结合获取西安80坐标系。
8.根据权利要求7所述的实地动态检测方法，其特征在于，
RTK的坐标点至少选取两个，同时坐标点之间的距离以能够控制整个露天矿山的扫描范围为准。
9.根据权利要求1所述的实地动态检测方法，其特征在于，
所述实际数据包括开采范围越界分析、动用资源储量计算、露天矿山台阶分析、TIN三维模型、坡度图、剖面图和等高线。
10.根据权利要求1所述的实地动态检测方法，其特征在于，
对整体点云数据进行处理是的工具是ArcGIS软件。
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