CN108759789A - 一种基于无人机的露天矿山生产调度指挥方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无人机的露天矿山生产调度指挥方法，所述方法包括：首先利用航测无人机进行露天矿山的正射影像采集，再通过空中三角解析法进行图像解析将系列二维航拍图像转换为整个露天矿山的三维密集点云，接着进行专业化的数据后处理，获得露天矿山的数字线划地图和数字表面模型，并基于数字线划地图进行露天矿山三维建模与生产规划设计，同时基于数字表面模型进行露天矿山实景巡查，掌握露天矿山生产执行数据；然后基于露天矿山三维规划设计和生产执行数据的比对，研究并下达生产调度指令，对调度指令执行效果进行检查和纠偏。本发明的调度指挥具有粗细结合、及时高效的特点，以及具有自我检查修正和管理水平持续提升功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种调度指挥方法，尤其是一种基于无人机的露天矿山生产调度指挥方法，属于露天采矿领域。
背景技术
露天矿山占地规模大，设备投入多，工作面多且分布广，矿山道路纵横交错，加上受气候条件、矿产资源价格、矿山地质变化等外部环境的影响，需要及时优化调整生产调度计划，科学管控矿山生产执行情况，其是一个及其复杂而庞大的生产管理系统。为了确保露天矿山的安全、高效运营，需要及时掌握矿山生产执行情况，再此基础上研究并下达各种生产调度指令。
传统的露天矿山调度指挥系统主要存在以下弊端：一是露天矿山占地规模大，生产执行数据采集周期长、成本高，生产数据更新严重滞后；二是测绘成果的可视性差，不少信息丢失，需要来回查看图纸和现场比对，效率低、成本高。正因为上述两个弊端，导致露天矿山调度指挥系统的决策依据不充分、测绘成果可视性差，调度指令比较倚重工程经验及定性分析，部分调度指令不科学、不经济，甚至不可执行，也难以实现矿山管理专家的远程诊断和指导。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种基于无人机的露天矿山生产调度指挥方法，该方法利用航测无人机进行露天矿山的正射影像采集，实行高效率、低成本的露天矿山测绘作业，利用空中三角解析的图像解析处理高效，数据全面、准确且可视性好，通过高效的航测无人机航拍及集成化的图像解析与数据后处理获得宏观的矿山地表模型，同时利用灵活的小型旋翼无人机进行必要的补充踏勘了解细节，循环迭代进行生产执行数据的及时更新与分析，以及安全生产调度指令的下达、执行检查与纠偏，最终实现生产过程管理水平的持续提升。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种基于无人机的露天矿山生产调度指挥方法，所述方法包括：首先利用航测无人机进行露天矿山的正射影像采集，再通过空中三角解析法进行图像解析将系列二维航拍图像转换为整个露天矿山的三维密集点云，接着进行专业化的数据后处理，获得露天矿山的数字线划地图和数字表面模型，并基于数字线划地图进行露天矿山三维建模与生产规划设计，同时基于数字表面模型进行露天矿山实景巡查，掌握露天矿山生产执行数据；然后基于露天矿山三维规划设计和生产执行数据的比对，研究并下达生产调度指令，对调度指令执行效果进行检查和纠偏。
进一步的，所述方法还包括：
循环迭代，进行下一轮生产执行数据的及时更新与分析，以及安全生产调度指令的下达、检查与纠偏，最终实现露天矿山生产过程管理水平的提升。
进一步的，所述利用航测无人机进行露天矿山的正射影像采集，具体包括：
利用航测无人机对露天矿山进行航拍，采集航测无人机航拍获取的露天矿山正射影像和POS数据，接着进行数据预处理；其中，所述数据预处理包括POS数据的差分和图像与POS数据的匹配，使数据格式满足图像解析软件的格式要求。
进一步的，所述通过空中三角解析法进行图像解析将系列二维航拍图像转换为整个露天矿山的三维密集点云，具体包括：
利用采集露天矿山正射影像、POS数据以及输出坐标系要求，进行初步空中三角测量处理，生成未畸变图像，为后续控制点匹配和空中三角解析法奠定基础；
进行控制点匹配，再进行空中三角解析法解析，获得整体的高精度的露天矿山三维模型的密集点云。
进一步的，所述进行专业化的数据后处理，获得露天矿山的数字线划地图和数字表面模型，并基于数字线划地图进行露天矿山三维建模与生产规划设计，同时基于数字表面模型进行露天矿山实景巡查，掌握露天矿山生产执行数据，具体包括：
基于整个露天矿山的三维密集点云，通过数据后处理自动获取露天矿山的等高线，再此基础上进行局部台阶剖面的描图补充，获得标准化的数字线划地图；
基于整个露天矿山的三维密集点云，建立露天矿山的数字表面模型，再进行数据局部优化建立露天矿山及其周边区域的实景模型；
基于数字线划地图，进行三维建模并进行露天矿山三维规划与设计；
通过航点采集输入，进行露天矿山实景巡查，了解露天矿山宏观生产数据，并采用小型旋翼无人机进行补充巡查，掌握露天矿山生产执行情况的动态数据。
进一步的，所述基于露天矿山三维规划设计和生产执行数据的比对，研究并下达生产调度指令，具体包括：
将露天矿山三维规划设计和生产执行数据进行比对，发现差异并分析原因，研究分析并下达现场调度计划指令。
进一步的，所述航测无人机为轻型固定翼航测无人机，包括弹射、抛掷、滑行起飞的固定翼无人机以及依靠旋翼起降的“固定翼+旋翼”无人机。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明利用航测无人机进行露天矿山的正射影像采集，实行高效率、低成本的露天矿山测绘作业，利用空中三角解析的图像解析处理高效，数据全面、准确且可视性好，通过高效的航测无人机航拍及集成化的图像解析与数据后处理获得宏观的矿山地表模型，同时利用灵活的小型旋翼无人机进行必要的补充踏勘了解细节，循环迭代进行生产执行数据的及时更新与分析，以及安全生产调度指令的下达、执行检查与纠偏，最终实现生产过程管理水平的持续提升。
2、本发明利用轻型固定翼航拍无人机飞行速度快、一架次航拍范围大的特点，高效地采集露天矿山及其周边的较大范围的高精度正射影像图，实行高效率、低成本的露天矿山测绘作业，使露天矿山生产数据的及时更新成为可能。
3、本发明利用集成化软件对航拍的正射影像进行空中三角解析，将系列二维航拍图像转换为整个露天矿山的三维密集点云，还原露天矿山及其周边设备设施的三维属性，图像解析处理高效，数据全面、准确且可视性好。
4、本发明基于航拍及图像解析技术，获得露天矿山的数字线划地图和数字表面模型等测绘成果，并基于数字线划地图进行露天矿山三维建模与生产规划设计，同时基于数字表面模型进行露天矿山实景巡查，掌握矿山生产执行数据，实现露天矿山规划设计和露天矿山生产执行数据的定量化和可视化的完美集合，利于两者比对发现偏差。
5、本发明基于无人机的航测技术，使露天矿山生产规划设计和生产执行数据采集更加全面准确、高效便捷，且成本低廉、测绘成果的可视性好，为及时并科学地研究并下达调度指令奠定基础，亦有利于调度指令的执行检查与纠偏和露天矿山管理专家的远程诊断与指导。
6、本发明的调度指挥具有粗细结合、及时高效的特点，即通过高效的航测无人机航拍及集成化的图像解析与数据后处理获得宏观的矿山地表模型，同时利用灵活的小型旋翼无人机进行必要的补充踏勘了解细节，前者进行矿山整体的阶段检查，后者进行矿山局部的日常检查，确保矿山生产执行数据的全面性、及时性和精确性，适应露天矿山动态管理需求。
7、本发明的调度指挥具有自我检查修正和管理水平持续提升功能，其基于矿山三维规划设计和生产执行数据的比对，研究并下达生产调度指令，同时对调度指令执行监督与纠偏，包括利用小型旋翼无人机进行补充巡查和利用固定翼航测无人机进行阶段检查，全面、准确地掌握矿山执行数据，循环迭代进行生产执行数据的及时更新与分析和安全生产调度指令的下达、执行检查与纠偏，最终实现生产过程管理水平的持续提升。
附图说明
图1本发明实施例2的露天矿山生产调度指挥方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
高精度无人机航拍测绘技术的发展，为露天矿山开采数据的采集提供了安全、高效的解决方案；航拍图像的三维解析及其专业化的数据后处理技术，能提供数字线划地图和数字表面模型等测绘成果资料，为露天矿山三维建模与生产规划设计和露天矿山实景巡查与执行偏差比对分析提供基础数据，为露天矿山调度指令的研究与下达、检查与纠偏提供技术支撑，且具有数据准确、全面，成果可视性好等优点，也可以进行露天矿山管理专家的远程诊断和指导。
本实施例提供了一种基于无人机的露天矿山生产调度指挥方法，该方法包括：
首先利用航测无人机进行露天矿山的正射影像采集，再通过空中三角解析法进行图像解析将系列二维航拍图像转换为整个露天矿山的三维密集点云，接着进行专业化的数据后处理，获得露天矿山的数字线划地图和数字表面模型，并基于数字线划地图进行露天矿山三维建模与生产规划设计，同时基于数字表面模型进行露天矿山实景巡查，掌握露天矿山生产执行数据；然后基于露天矿山三维规划设计和生产执行数据的比对，研究并下达生产调度指令，对调度指令执行效果进行检查和纠偏；也可以循环迭代前述步骤，进行下一轮生产执行数据的及时更新与分析，以及安全生产调度指令的下达、检查与纠偏，最终实现露天矿山生产过程管理水平的PDCA(Plan、Do、Check和Action，即计划、执行、检查、调整)提升。
进一步地，所述利用航测无人机进行露天矿山的正射影像采集，具体包括：
利用航测无人机对露天矿山进行航拍，采集航测无人机航拍获取的露天矿山正射影像和POS数据，接着进行数据预处理；其中，所述数据预处理包括POS数据的差分和图像与POS数据的匹配，使数据格式满足图像解析软件的格式要求。
进一步地，所述通过空中三角解析法进行图像解析将系列二维航拍图像转换为整个露天矿山的三维密集点云，具体包括：
A、利用采集露天矿山正射影像、POS(Position and Orientation System，定向与定位系统)数据以及输出坐标系要求，进行初步空中三角测量处理，生成未畸变图像，为后续控制点匹配和空中三角解析法奠定基础；
B、进行控制点匹配，再进行空中三角解析法解析，获得整体的高精度的露天矿山三维模型的密集点云。
进一步的，所述进行专业化的数据后处理，获得露天矿山的数字线划地图和数字表面模型，并基于数字线划地图进行露天矿山三维建模与生产规划设计，同时基于数字表面模型进行露天矿山实景巡查，掌握露天矿山生产执行数据，具体包括：
A、基于整个露天矿山的三维密集点云，通过专业的数据后处理自动获取露天矿山的等高线，再此基础上进行局部台阶剖面的描图补充，获得标准化的数字线划地图；
B、基于整个露天矿山的三维密集点云，建立露天矿山的数字表面模型，再进行数据局部优化建立露天矿山及其周边区域的实景模型；
C、基于数字线划地图，进行三维建模并进行露天矿山三维规划与设计；
D、通过航点采集输入，进行露天矿山实景巡查，了解露天矿山宏观生产数据，并采用小型旋翼无人机进行补充巡查，全面、准确地掌握露天矿山生产执行情况的动态数据。
进一步地，所述基于露天矿山三维规划设计和生产执行数据的比对，研究并下达生产调度指令，具体包括：
将露天矿山三维规划设计和生产执行数据进行比对，发现差异并分析原因，研究分析并下达现场调度计划指令。
优选地，所述航测无人机为轻型固定翼航测无人机，轻型固定翼航测无人机是指可以执行航拍飞行任务的过程中利用固定翼飞行原理飞行的无人机，包括弹射、抛掷、滑行起飞的固定翼无人机以及依靠旋翼起降的“固定翼+旋翼”无人机。
实施例2：
如图1所示，本实施例的基于无人机的露天矿山生产调度指挥方法，具体包括以下步骤：
1)轻型固定翼航测无人机外业作业，包括飞机组装、地面站安放和相机安装调试及地面站软件检查与设置和飞行检查，飞行计划规划设计及绘制飞行计划，最后上传飞行计划，执行飞行任务。
2)分别收集轻型固定翼航测无人机航拍外业作业获取的正射影像和POS数据，接着进行数据预处理；其中，数据预处理包括POS数据的差分和图像与POS数据的匹配，使数据格式满足图像解析软件的格式要求；
3)初步空三(空中三角测量)处理：利用采集的航拍图像、POS数据和输出坐标系要求，进行初步空三处理，生成未畸变图像，为后续控制点匹配和空三加密(空中三角解析法)奠定基础；
4)输入控制点，进行控制点匹配，再进行空三加密解析，获得整体的高精度的露天矿山三维模型的密集点云；
5)基于露天矿山的整体三维密集点云，通过专业的数据后处理自动获取露天矿山的等高线，再此基础上进行局部台阶剖面的描图补充，获得标准化的数字线划地图；
6)基于数字线划地图，利用数字矿山软件进行三维建模并进行露天矿山三维规划与设计；
7)基于露天矿山的整体三维密集点云，建立露天矿山的数字表面模型，再进行数据局部优化建立露天矿山及其周边区域的实景模型；
8)通过航点采集输入，进行露天矿山实景巡查，了解露天矿山宏观生产数据，必要时采用小型旋翼无人机进行补充巡查，全面、准确地掌握露天矿山生产执行情况的动态数据。
9)比对矿山三维规划设计和矿山生产执行数据，发现差异并分析原因，研究分析并下达现场调度计划指令。
10)调度指令的执行监督与纠偏，包括日常检查和阶段检查，其中日常检查主要通过小型旋翼无人机进行，阶段检查利用轻型航测无人机进行，同时适时重复并迭代上述步骤1)～步骤9)，进行下一轮生产执行数据的及时更新与分析和安全生产调度指令的执行检查与纠偏，最终实现露天矿山生产过程管理水平的PDCA循环提升。
综上所述，本发明利用航测无人机进行露天矿山的正射影像采集，实行高效率、低成本的露天矿山测绘作业，利用空中三角解析的图像解析处理高效，数据全面、准确且可视性好，通过高效的航测无人机航拍及集成化的图像解析与数据后处理获得宏观的矿山地表模型，同时利用灵活的小型旋翼无人机进行必要的补充踏勘了解细节，循环迭代进行生产执行数据的及时更新与分析，以及安全生产调度指令的下达、执行检查与纠偏，最终实现生产过程管理水平的持续提升。
以上所述，仅为本发明较佳的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或者改变，都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于无人机的露天矿山生产调度指挥方法，其特征在于：所述方法包括：首先利用航测无人机进行露天矿山的正射影像采集，再通过空中三角解析法进行图像解析将系列二维航拍图像转换为整个露天矿山的三维密集点云，接着进行数据后处理，获得露天矿山的数字线划地图和数字表面模型，并基于数字线划地图进行露天矿山三维建模与生产规划设计，同时基于数字表面模型进行露天矿山实景巡查，掌握露天矿山生产执行数据；然后基于露天矿山三维规划设计和生产执行数据的比对，研究并下达生产调度指令，对调度指令执行效果进行检查和纠偏。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的露天矿山生产调度指挥方法，其特征在于：所述方法还包括：
循环迭代，进行下一轮生产执行数据的及时更新与分析，以及安全生产调度指令的下达、检查与纠偏，最终实现露天矿山生产过程管理水平的提升。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于无人机的露天矿山生产调度指挥方法，其特征在于：所述利用航测无人机进行露天矿山的正射影像采集，具体包括：
利用航测无人机对露天矿山进行航拍，采集航测无人机航拍获取的露天矿山正射影像和POS数据，接着进行数据预处理；其中，所述数据预处理包括POS数据的差分和图像与POS数据的匹配，使数据格式满足图像解析软件的格式要求。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于无人机的露天矿山生产调度指挥方法，其特征在于：所述通过空中三角解析法进行图像解析将系列二维航拍图像转换为整个露天矿山的三维密集点云，具体包括：
利用采集露天矿山正射影像、POS数据以及输出坐标系要求，进行初步空中三角测量处理，生成未畸变图像，为后续控制点匹配和空中三角解析法奠定基础；
进行控制点匹配，再进行空中三角解析法解析，获得整体的高精度的露天矿山三维模型的密集点云。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于无人机的露天矿山生产调度指挥方法，其特征在于：所述进行专业化的数据后处理，获得露天矿山的数字线划地图和数字表面模型，并基于数字线划地图进行露天矿山三维建模与生产规划设计，同时基于数字表面模型进行露天矿山实景巡查，掌握露天矿山生产执行数据，具体包括：
基于整个露天矿山的三维密集点云，通过数据后处理自动获取露天矿山的等高线，再此基础上进行局部台阶剖面的描图补充，获得标准化的数字线划地图；
基于整个露天矿山的三维密集点云，建立露天矿山的数字表面模型，再进行数据局部优化建立露天矿山及其周边区域的实景模型；
基于数字线划地图，进行三维建模并进行露天矿山三维规划与设计；
通过航点采集输入，进行露天矿山实景巡查，了解露天矿山宏观生产数据，并采用小型旋翼无人机进行补充巡查，掌握露天矿山生产执行情况的动态数据。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于无人机的露天矿山生产调度指挥方法，其特征在于：所述基于露天矿山三维规划设计和生产执行数据的比对，研究并下达生产调度指令，具体包括：
将露天矿山三维规划设计和生产执行数据进行比对，发现差异并分析原因，研究分析并下达现场调度计划指令。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于无人机的露天矿山生产调度指挥方法，其特征在于：所述航测无人机为轻型固定翼航测无人机，包括弹射、抛掷、滑行起飞的固定翼无人机以及依靠旋翼起降的“固定翼+旋翼”无人机。
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