前言
日前，大数据、互联网+、人工智能、虚拟现实等现代技术和理念的涌现，正在推动经济发展速度，为21世纪的各个行业带来革命性的创新。采矿工业亦需要新技术来支持其生产和管理。
本文介绍了三维激光扫描技术在矿山行业的应用前景。三维激光扫描是一种三维建模办法，为实现虚拟现实技术奠定了基本。三维激光扫描能够快速采集空间点信息接触测绘。它能够扫描矿山的各样危险和陡峭区域，并创立可视化的数字模型，从而完全实现全能定向智能矿山的挖掘空间信息可视化、可视化和数据可视化。
三维激光扫描，经过发射激光束形成海量激光点扫描被测物体,来获取被测物体表面三维坐标形成点云数据,来实现对实物的逆向建模。传统的测绘技术,运用RTK或全站仪对物体表面进行单点测绘,只得到物体特征点和掌控点坐标数据,利用三维建模软件绘制和渲染建模,测绘点稀疏、效率低,难以呈现繁杂的矿山信息。
三维激光扫描技术为实景复制技术,每秒可测绘数百万个点,并且采用非接触测绘,拥有速度快、精度高、真实感强,不受表面繁杂程度影响等特点,可快速扫描矿山表面得到三维点云数据,并形成份辨率的矿山数字模型。日前,三维激光扫描技术已然应用于各行各业,亦为矿山将来生产和安全管理供给了技术支撑。
1、三维激光扫描对在矿山中的应用前景
利用三维激光扫描技术获取矿区地上建筑物和工业设备,地下巷道、硐室、工作面、采空区以及通风排水等设备的点云数据,结合其他三维数据,如三维地质、水文等,借助现有的商场软件,像micromine和3Dmine将各样三维数据整合处理,形成一幅完整的矿区地上、地下数字立体图,实现数字矿山。
在数字矿山的基本上结合物联网技术、虚拟现实技术、理学模拟技术、人工智能技术等可完成智慧矿山的搭建。智慧矿山能够为矿山的生产管理、应急演练、应急救援、标准化培训等提供全面的应用。
随着我国矿产资源研发强度加大,开采技术持续加强,需要更有效的生产管理辅助系统。三维模型不仅给领导和管理人员决策供给了直观可视化参考,亦更加便于技术人员在矿体开采、井巷部署方法上进行设计,亦为施工人员快速理解方法设计意图供给帮忙。用平面图纸让每位矿山工作者理解繁杂的设计方法有很大的难度,利用三维技术向工作人员讲解就比较容易沟通,易于理解。
同期为巷道中的工作人员导航、人员和设备的定位供给位置数据支持,能够帮忙工作人员准确到达工作地点,一旦显现反常状况,能够快速到达就近避险点。近年来,国家对矿山安全生产的需求越来越高,然则矿山安全事故预警与防治技术相对而言仍处在落后状态,与国家的需求还有差距。
例如地下采空区,因为采矿办法、开采办法的区别,导致采空区结构形态各异,采空区可能引起矿震、空气冲击波、岩爆、地面塌陷等多种灾害形式。采空区导致的害处是制约矿山发展及正常生产经营的一大难点。
利用激光三维扫描,能够准确的得到采空区的结构数据,确定采空区的方位及分布,顶板面积和实质边界等结构信息,为采空区的稳定分析、害处辨识、危害评定及后期采空区的填充处理供给了可视化的数据支持。
在三维巷道模型中嵌入安全监测传感器的实质坐标,当某处检测信息显现反常时,隐患事故点能够做到立体可视化安全监测。如变形点、透水点、塌方点等。在三维模型的基本上,能够进行透水水淹模拟,采空区塌陷、空场冒顶、尾矿库坝体变形等模拟,为制定应急预案供给科学依据,亦能为事故救援工作供给准确的空间位置数据。
露天采矿区多陡峭地形,不稳定山体等,针对测绘人员来讲安全隐患很强。坍塌重点由于露天矿山边坡失稳和破坏导致,因为露天采矿开挖了矿岩,必然在其周边形成边坡。这些边坡可能在暴雨、地下水、地震、爆破震动、重载车辆通行时,会使其局部(或大部)失去稳定,产生滚石、滑坡、坍塌等而形成害处。
经过三维激光扫描能够得到边坡实时数据,从而计算出边坡型变量、滑坡方向和速度等数据,以此来把握边坡的变化规律,对边坡安全监测及评估有着重要道理。
2、矿区三维扫描实例
利用采空区扫描探头可对地下采空区空间进行三维测绘。探头由激光发射器和内置摄像机构成,利用激光脉冲并辅以精细微机电陀螺等技术对地下空间进行自动扫描,从而得到采空区的高密度点云数据。
探杆有多种方式能够将伸入采空区,按照区别的状况详细操作方式区别。通常状况下,经过在采空区地表钻孔的方式垂直钻入采空区,探头连接延长探杆伸入采空区就可进行扫描。
若井下中段作业,因为采空区与巷道之间的连接洞口情况繁杂,洞口处布满滑落的碎石难以安身,采空区顶部随时有掉落石块的危险,没法靠近洞口作业。能够将探杆固定到叉车上利用叉车加探杆的方式辅助完成扫描工作,详细如图1所示。
扫描后的点云结果能够用软件计算出采空区的体积、表面积、高度等参数,详细如图2所示。
矿井地下巷道的三维激光扫描相针对对采空区的扫描要更加容易操作。采用手持式或背包便携式三维激光扫描仪就可对巷道内部空间进行720毅全景扫描,快速准确的得到高质量的三维空间扫描数据,三维实景图如图3所示。
通常状况下,操作员只需手持或背包扫描仪在巷道中进行扫描就可获取巷道点云数据。在扫描作业前,因为地下巷道空间结构繁杂,仪器设备一次性工作时间有限,为了避免走重复路线,节省扫描作业时间,在扫描作业前,需要对扫描的行进路线和扫描进程做恰当的规划。
在扫描过程中,路过的工人和车辆,巷道里的水气、雾气以及粉尘都是干扰原因。在扫描行进过程中首要要对井下的状况做好预判,倘若遇到来往的工人和车辆在不可避免的状况下能够将扫描仪的扫描盲点背对移动物,避免扫描到非采集对象。
倘若井下雾气或粉尘过重影响激光扫描仪的工作,日前在数据采集过程中还无好的处理办法,但在可在后期对点云处理的过程中进行去噪或补点等操作来完善模型,详细如图4所示。总体来讲,矿井巷道环境密闭,巷道墙壁粗糙色暗,是三维激光扫描测绘的绝佳工作环境。
因为露天矿坑占地面积大,环境开阔,矿区内建筑物高挑以及工业设备多样性,采用传统的现场量测很难准确完成测绘。采用无人机搭载激光雷达替代传统测绘是必由之路,经过自动或手动掌控无人机的方式,对地物进行飞行扫描测绘能够快速得到高精度点云。
利用无人机搭载激光雷达方式,首要要做好外业踏勘,综合思虑地形地貌、续航时间、测区面积等原因,而后对航线进行优化设计。无人机搭载激光雷达是对地上繁杂环境快速精确测绘的利器,是实现对露天矿区三维建模最有效办法,详细如图5所示。
矿区形成成份繁杂,对矿区地上地下、室内室外等区别场景采用的区别测绘设备,各样设备采集的点云数据都是独立的,需要对区别场景的点云进行拼接才可得到一幅完整的矿区点云模型。一般状况下,点云模型的拼接有两种办法。
一种办法是在扫描过程其中扫描出两个衔接场景的公共区域,后期拼接点云时找到公共部分并进行拼接;另一种办法是加入坐标点,在扫描的过程中同期测绘出物体的相应坐标,在后期处理时利用坐标来实现多个场景的拼接。
在扫描过程中,倘若出现了扫描遗漏点或盲区点的状况,如无人机高空激光扫描作业中,地面高挑的房屋或树木对目标物造成为了遮挡会产生盲区。后期发掘这种状况后,可采用手持式扫描仪对缺失部分进行人工补点扫描。多种设备协同工作来实现对全部矿区的点云数据进行搭建,亦是点云拼接的重要技术手段。
总结
三维激光扫描技术能够为矿山生产和将来发展供给有力的技术支撑。三维激光扫描以及三维建模技术已然广泛的用于许多行业,如智慧工厂、VR博物馆、VR景点漫游、房地产营销等,都为行业带来了很好的经济效益。采矿类传统行业亦应当与时俱进,吸收新的技术和理念,让新技术助力矿山生产向着无人化和智能化发展。
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发表于 2024-10-10 07:29:53