三维激光扫描的露天矿山储量动态监测系统设计

2021-06-23 10:08张军伟
世界有色金属 2021年21期
关键词:扫描仪露天矿储量

张军伟

(甘肃省地质矿产勘查开发局水文地质工程地质勘察院,甘肃 张掖 734000)

矿山储量动态监测过程中,一般通过外业测量,也就是通过利用测量设备对数据信息进行收集,也可使用内业测量,也就是SD法获取数据,根据数据信息对矿山储量进行全面考量。测量人员通过采用测量仪器,对矿山储量检测时,需要按点进行全面采集,但是所采集的效率相对较低,而内业测量分析工作较为繁琐,难以快速完成矿山资源储量检测[1]。不过在使用三维激光扫描技术的过程中,可有效解决外业测量与内业测量所存在的问题,同时可构建良好的动态检测系统,实现露天矿山储量动态监测。

1 三维激光扫描技术的应用

三维激光扫描仪在使用过程中,可快速获取测绘目标的三维影像数据信息,测绘人员可突破传统测绘方式,全面做好数据挖掘工作与数据开发工作。三维激光扫描仪具备精确度高、速度快等特点,可测量大范围的内务,同时也能对物体的局部信息进行全面掌握。

通过对三维激光扫描技术的有效运用,可提高对矿山储量动态监测效率,提升动态监测的整体精密度。在不同的区域中进行测量时,应当依据测区实际情况,配合GPS技术,落实好导线控制点测量工作[2]。在导线控制点中,架设测量仪器的过程中可进行全面扫描,但是在不同位置架设测量仪器的过程中,需要扫描公共标靶,实现站点之间的拼接配准,实现整体联测。在使用三维激光扫描仪的过程中,扫描速率可达到10000点/s,最高可达到1000000点/s,在一个小时内,完成数十万平方千米的运输局采集,能全面提高数据采集效率。

三维激光扫描仪在露天矿山储量应用中,可确保矿体取样的准确性,同时也可对矿体质量进行全面评定,实现矿体结果勘探预测,同时对矿山各项数据信息进行采集,根据数据信息绘制云图,实现全面管理。

2 露天矿山扫描及精度分析

2.1 外业扫描

(1)扫描仪器与数据处理软件。在实验的过程中,所使用的三维激光扫描仪器的扫描速率超出了100000点/s,在数据信息全面收集的过程中,需要控制好点位密度。确保每一个点位测量达到标准,从而满足项目需求。在点位测量中,测量精度控制在2mm以为,扫描距离在超出300m后,则可根据测量数据信息,进行云数据分析。

(2)扫描方法与作业流程。在试验的过程中,通过采三维激光扫描仪对标靶信息进行采集时,一般标靶为2.5英寸的圆形标靶,铜锁对矿区的所属区域与施工进行全面控制的过程中,可扫描4个测站点,确保测站点间距控制在200m左右后,将3个标靶作为选择测站试点[3]。

2.2 数据处理

(1)点云数据拼接。通过采用外业扫描所获取的信息,需要利用IGGIII方案,结合Cyclone软件的标靶凭借功能,实现云数据凭借。在多种扫描测站中,第一站为基准点,其余的测站点需要以基准点为主,对后视标靶收集坐标信息进行全面收集完成拼接,在拼接技术后,需对云数据进行转换,满足测量坐标系统需求。

(2)加权总体最小二乘基本原理。加权总体最小二乘球面拟合的EIV模型为:

在EIV模型中,其中Y属于含偶然误差eY的n×1维观测向量,A则为含偶然误差EA的n×4维系数矩阵,X为待求球面参数:

(3)权函数选取。由于测量点云数据信息很容易受到外界因素影响,造成数据不准确,考虑IGGIII方案在使用的过程中,可有效提高测绘效果,所以在本次研究中,采用IGGIII方案对云数据信息进行计算,对所存在的拟合全阵进行全面调整,权因子计算公式如下所示。

在工事中,Vi属于残差,σ属于误差,k0、k1则属于阈值,通过中误差分布概率对其进行分析的过程中,k0值在1~1.5之间,k1值则在2.5~3之间,ω为权因子。根据IGGIII方案,假设k0值为1.5,k1值为2.5,那么观测值Vi<σ,如果权因子不发生任何变化,观测值则为粗差,可忽略不计。

3 三维激光扫描的露天矿山储量动态监测系统设计

三维激光扫描在露天矿山储量动态检测系统中,可对矿山内部的资源数量全面掌握,系统在设计的过程中,主要以三维激光扫描硬件系统组成,主要就是为实现露天矿山储量资源的真实云数据功能,在系统设计中,利用了三维激光扫描仪、580线红外固定镜头防水摄像机与DELLM6800工作站。同时还结合使用了后处理软件系统,通过扫描得到三维点云数据,以此来进行建模计算,实现数据远程传输、数据监管等功能。

3.1 三维激光扫描系统硬件设计

三维激光扫描仪硬件设计中,主要包括对水平吊证单元、数据采集单元以及中央控制单元等。系统电源额定电压为220v,通过采用无线网络让上位机软件控制三维激光扫描仪,对矿山地区进行360°无死角旋转勘测,同时对矿山资源进行全面掌握,该过程无需采用云数据拼接。采用安全激光进行扫描,激光波长需要控制在900nm左右,避免对矿山工作人员与矿山资源造成影响,扫描半径范围可达到100m左右,三维激光扫描工作在实施的过程中,可对露天矿山储量数据信息进行获取,同时处理数据信息,实现数据建模。在后期处理中,需要通过三维建模数据处理获取真实准确的数据信息,以此确保三维激光扫描系统构建质量。通过脉冲测距,可利用三维空间,获取露天矿山实地场景。不过使用三维激光扫描的过程中,需要全面控制好激光传播时间,确保扫描点距离,距离值为Sp,每个激光脉冲横向扫描角度观测值为∅,纵向扫描角度观测值为ω,利用以上三维数据信息构建三维坐标系,同时在使用扫描仪的过程中,可对仪器内部坐标系统进行全面分析,同时对扫描内部坐标系统进行具体分析,从而获取三维激光坐标点计算公式:

3.2 三维激光扫描控制系统设计功能

三维激光扫描仪控制系统设计主要以系统参数为主,在云数据采集的过程中,需要控制好数据信息显示,保障数据信息储存等,系统在全面开发的过程中,合理运用Java语言开发程序,在计算机系统控制中,确保执行效率。露天矿山储量动态监测系统功能的实现主要以软件功能设计为主,其中包含了扫描仪控控制设计及预留接口设计两部位,扫描仪控制设计主要包含了连续性扫描控制、扫描速度控制、扫描仪归零控制、数据传输与云数据处理等功能。

3.3 维激光扫描动态监测系统运行设计

三维激光扫描仪动态监测系统工作运行的过程中,其运行方式包含了以下几方面。①需要通过仪器连接,设置IP地址,随后通过利用无线网络,连接扫描仪,点击扫描按钮,即可自动对露天矿山储量进行全面监测。②三维激光扫描仪器在使用的过程中,参数初始自动归零,确保仪器初始数据为零,测量工作人员在控制过程中,需要在每一次使用扫描系统的过程中,确保系统重新归置,提高三维激光扫描仪器数据信息收集的精确度。③设置电机转速。在系统运行的过程中,运动控制包含了速度、位移两种模式。系统在对矿山储量进行检测过程中,一般会默认为速度模式,在速度模式下,需要制作数据编辑框,在数据框中加入相应的速度值,从而工作人员可制动点击速度按钮,系统运行过程中,即可根据速度模式进行移动。在系统速度设置框中填入合适的速度数值,然后点击设置速度按钮,电机即进入以速度模式进行移动。在位移模式下,需要在系统位移设置框中,填入相应的位移数据,从而让三维激光扫描仪进入位移模式,对露天矿山储量进行系统研究。④数据传输与存储。在系统运行设计过程中,需要通过利用计算机控制中心软件构建数据库,对扫描数据信息进行储存,同时在设置数据信息文件过程中,对文件信息进行传输,确保接收仪器在自动接收数据信息后,可自动将信息录入文件,并上传到数据库中。同时相关工作人员需要对数据路进行更新。⑤数据文件转换,在对所保存的原始数据信息进行扫描后,需要处理文件,从而生成云数据文本文件,利用数据浏览工具对文化信息进行转换。

4 结语

在三维激光扫描仪器的作用下,通过设计露天矿山储量监测系统,可及时对矿山资源进行全面掌握,同时根据矿山储量情况,设计安全可靠的技术方案,节省大量的人力资源与物理资源。此外,在三维激光扫描仪器的应用下,所获取的数据信息更加精确,可通过三维加墨为工作人员提供更加直观的数据信息。

猜你喜欢
扫描仪露天矿储量
便携式膀胱扫描仪结合间歇性导尿术在脑卒中合并神经源性膀胱患者中的应用
13.22亿吨
备战铁矿露天矿与挂帮矿同时开采稳定性研究
爆破振动作用下某露天矿高陡边坡稳定性分析
露天矿山土石方量的测量及计算
基于三维软件资源储量估算对比研究
全球钴矿资源储量、供给及应用
2019 年世界油气储量与产量及其分布
三维扫描仪壳体加工工艺研究
便携高速文件扫描仪