基于TRIZ的矿用三维激光扫描测量系统的优化设计

针对矿用三维激光扫描测量系统中支撑系统由于长度过长,导致在自身重量作用下引起构件变形,进而影响构件的整体强度和正常使用;同时扫描主机在工作状态下的转动会传递至相关构件,进而对测量精度产生影响的问题。本文运用TRIZ理论中的功能分析、因果分析、三轴分析、矛盾分析、40个发明原理、分离原理、物场模型和76个标准解等探索矿用三维激光扫描测量系统中支撑系统的若干解决方案。经过方案评估,最终选择了4个可靠有效的解决方案,为三维激光扫描技术在金属矿山采空区测量的应用提供了高可靠性解决方案。     

基于Cortex-M4 和FreeRTOS的矿用三维激光扫描测量系统设计

为了满足矿用三维激光扫描系统的需求,设计了基于Cortex-M4内核和嵌入式实时操作系统FreeRTOS的运动控制和数据采集系统。采用Cortex-M4为内核的STM32F407ZGT微控制器和APM电机控制器等进行相关的硬件电路设计,通过移植FreeRTOS内核实现对运动控制、激光传感器数据采集、摄像头视频传输等任务的调度和对其他硬件资源的管理,简化了硬件设计的复杂度,优化了软件编程,提高了系统的实时性和可靠性,降低了成本。     

采空区三维激光扫描变形监测系统

采空区大面积冒顶、片帮和严重的闭合变形等均是重要的地质灾害,严重影响现场生产,对井下人员的生命安全造成严重威胁。传统监测方法存在观测数据量少、无法或难以监测无人空区、不能定量观测空区垮落等缺点。针对上述问题,本文研制了一套高精度采空区三维激光扫描监测系统,可以快速而全面地扫描采空区的形态,计算采空区的体积,并对变形区域进行标示;同时该系统实现了远程控制,可以避免人员进入井下现场操作;系统测量精度达到2 cm,和矿山微震系统相结合,可以实现采空区稳定性评价,极大地提高采空区的监测效果。     

基于组合式测量的手持式三维激光扫描系统数学模型研究

为了解决大尺度空间内复杂物体的形貌尺寸测量问题,提出了一种快速三维数字化精确测量的方法,该方法采用全局测量和终端测量相结合的方式,消除了大型工件整体尺寸大与局部空间复杂的矛盾。首先在分析线结构光测量原理的基础上,提出一种基于局域空间定位的手持式激光扫描测量方法,并构建测量数学模型;其次对手持测量头的空间姿态给出相应的数学建模过程;最后给出完备的组合式三维测量数学模型。该方法可用于各种大范围场景三维精确测量和重构,为三维实体资源快速重构数字化模型提供准确的理论依据。     

采空区三维激光扫描系统地理坐标定位方法

针对现有的三维激光扫描系统采空区地理坐标定位方法存在的设备移动困难,测量环境要求高,安装拆卸工序繁琐等问题,对三维激光扫描系统在地下采空区环境下的地理坐标定位原理和定位方法进行了研究,提出了一种基于三脚架支撑的轻便、简捷、高效的坐标定位方法。设计了一种现场试验方案,对该方法的数据处理精度进行验证,并采用该方法对采空区进行实地精准探测。结果表明：①基于该方法获得的数据模型与基于现有方法获得数据模型在空间位置上具有很高的吻合度,2种模型间的体积差在工程精度范围内可忽略不计,基于三角架坐标定位法具有与现有的坐标定位方法具有基本一致的工程精度;②采用该方法获得的探测数据构建了采空区精确三维模型,能够为采空区治理提供有价值的参考数据。上述研究结果进一步表明,基于三脚架地理坐标定位法具有设备搬运、组装和拆卸简便等优点,有助于解决现有坐标定位方法所存在的问题,对于提高采空区三维激光扫描的工作效率具有一定的效果。     

基于矿用三维激光扫描系统的CAN-bus传输协议研究

在矿用三维激光扫描系统的研发过程中，根据该系统各CAN节点发送数据的节点号(ID)、所传输数据的格式等，制订了基于CAN总线的应用层传输协议，增强了系统通信的实时性，减轻了系统的总线负荷，大大提高了矿用三维激光扫描系统的可靠性。     

基于矿用三维激光扫描系统的CAN总线传输协议研究

在矿用三维激光扫描系统的研发过程中,根据该系统各CAN节点发送数据的节点号(ID)、所传输数据的格式等,制订了基于CAN总线的应用层传输协议,增强了系统通讯的实时性,减轻了系统的总线负荷,大大提高了矿用三维激光扫描系统的可靠性.     

基于三维激光扫描的溜井测量与分析

以具体工程为研究背景,结合某矿山实际工况条件,深入探讨了矿石溜井精确测量与安全评估问题。首先,基于C-ALS三维扫描激光系统的基本原理和测试方法,提出了符合现场实况的扫描与测量方案并进行测试,获得了较为丰富和完整的点云数据;然后,采用Cavity Scan软件对点云数据进行处理,将点云数据转化为三维矿业软件Surpac能够支持的水平线文件,并建立了溜井及周边工程的三维实体模型,实现了三维可视化;最后,通过对典型剖面图和水平断面图的技术处理,对溜井垮塌前后三维实体模型布尔运算,取得了溜井垮塌现状实测数据,科学有效地分析了溜井的具体垮塌位置与破坏特征。研究成果为矿山溜井的运行维护、使用管理和安全治理提供了基础数据和科学依据。     

三维激光扫描技术在冬瓜山铜矿采空区探测中的应用

在对CMS系统和C-ALS系统进行技术参数对比的基础上,总结了两探测系统的各自优势。建立冬瓜山铜矿某采空区和某溜井三维模型后,进行了初步分析,可为矿山安全生产等提供技术支撑。     

采空区三维激光扫描变形监测试验研究

在成功研制采空区三维激光扫描变形监测系统的基础上,为了验证该系统的量程、精度、变形监测效果,选择中矿金业阜山矿1661采空区作为工业试验场地进行试验。试验结果表明,该系统的测距量程达到83m,测量精度达到±2cm,对采空区变形监测效果良好,为采空区稳定性评价、提高采空区的变形监测效果提供新方法。     

空区三维激光探测技术及稳定性分析

由于受采空区周边地质条件和探测技术的制约,传统空区探测技术手段无法得到工作人员不能进入的空区精准数据,以此为基础进行采空区稳定性分析的可靠性程度很低。利用三维激光扫描系统（MDL-VS150）对空区进行精准的激光扫描,基于三维激光探测所得的点云数据,结合3Dmine软件建立采空区的三维实体模型,运用FLAC3D软件进行空区稳定性分析。根据计算结果对某铁矿采空区的位移和应力进行分析,采空区垂直位移量最大为4.437 cm,围岩的最大拉应力和压应力分别为0.795、3.221 MPa,均小于岩体的抗拉及抗压强度。由此表明,采空区处于稳定状态,在短期内不会发生破坏,但为了矿山长期发展应对空区及时采取有效处理措施。     

三维激光扫描技术在矿山主溜井测量中的应用研究

溜井测量具有一定的隐蔽性和不确定性,测量时有相当的危险性,如何对溜井的空间形态特征和冒落状况等进行量化评判,是所有矿山面临的难题。本文介绍了三维激光扫描技术的作业流程,给出了点云数据处理的过程和方法,并以安徽开发矿业有限公司3#主溜井测量为例进行数据采集和处理分析,建立了主溜井的三维立体模型,计算得到了主溜井需要修复的体积,为溜井的安全治理和维修设计提供了可靠的数据依据。实践结果表明了三维激光扫描技术在溜井测量中应用的可行性和优越性。     

三维激光扫描监测开采沉陷的精度分析

为了克服传统地表沉陷观测时间长、工作量大、观测费用高、测点难以保护等缺点,采用三维激光扫描现代化测绘新技术,对高强度长壁综采放顶煤开采引起的地表沉陷盆地进行了现场三维激光扫描观测。通过对三维激光扫描观测数据的处理,并与传统地表移动观测站的结果进行对比分析,建立了高强度开采地表下沉陷盆地的三维数字高程模型。结果表明:三维激光扫描技术能够快速高效地获取整个下沉盆地的沉陷数据,所测的中误差为0.012 7 m,应用于煤矿地表沉陷的观测是可行的。同时在开采沉陷数据采集效率、速度等方面具有明显的优势,具有较好的推广应用前景。     

利用三维激光扫描数据求取开采沉陷预计参数研究

三维激光扫描技术是一种新兴的测绘技术,它具有快速、实时、高效等优点,突破了传统测绘手段的局限性,可以直接获取三维坐标,目前正被广泛应用于测绘各个领域.为此 ,研究三维激光扫描仪数据应用于地表沉陷参数求取问题,针对其特点,利用VB6.0语言,采用模矢法编制了概率积分法求参程序,并将程序应用于实际求参,实践证明,效果较好.     

三维激光扫描点云边界提取研究

在数字矿山建设过程中,三维激光扫描仪可快速获得地表或建筑物的点云数据。点云边界不仅作为曲面表达的重要几何特征,而且作为模型求解曲面的定义域,对重建曲面模型的品质和精度起着重要作用。利用激光点云数据进行建模首先需从海量数据当中提取边界区域的采样点。本文提出了一种通过局部型面参考点集拟合微切平面,讨论参考点在对应微切平面上投影点的几何分布来自动提取边界特征的算法。该算法运行速度快,提取结果准确,可适用于各种复杂型面的点云数据。     

点云密度对地面三维激光扫描精度及沉陷参数的影响

根据平面分辨率的理论公式,推导地面三维激光扫描仪不同距离处的立面及平面相邻点间隔（即点云分辨率）计算公式,并得到了平面某一距离处平面单位面积的点云数的计算公式;通过试验分析点云分辨率对点位精度及测距精度的影响;通过对某矿沉陷观测的点云数据按照不同的分辨率进行重采样并进行求参,得到不同分辨率下参数的变化情况,经对比分析,得到最佳的点云分辨率设置标准为300 mm/100 m。     

Riegl LMS-Z420i三维激光扫描测量系统在土石方测量中的应用

目前,传统的模拟测绘方式逐渐被数字化、信息化测绘方式所代替,先进的测绘仪器和技术以同时满足测绘产品的数据采集效率与精度为目标,三维激光扫描测量系统正是应此趋势出现的产品之一。在效率上,三维激光扫描仪扫描速度可达数万点/s;在精度上,通过对采集的海量点云数据的处理和分析,能直观、真实的显示出测区地形,得到精密的数字高程模型。通过Riegl LMS-Z420i三维激光扫描仪测量系统在项目中的实际应用,探讨了三维激光扫描仪在土石方测量中的技术优势及其发展前景。     

基于三维激光扫描技术的矿区建筑物变形监测方法

传统变形监测方法存在工作量大、监测点难以保护、监测时间长等不足,与传统监测方法相比,三维激光扫描技术具有非接触、高密度、高精度、信息量大、快速获取物体表面三维空间坐标等优点。结合相似材料模型试验,提出了基于三维激光扫描技术的矿区建筑物变形监测思路。首先采用全站式三维激光扫描仪分别对二维相似材料模型在5个不同开采时段进行整体扫描,将扫描数据通过点云数据后处理软件进行预处理,从中提取模型上黑白靶标即变形监测点的三维坐标;然后结合MATLAB语言编程,实现监测点由假定坐标到目标坐标的自动化转换,提高点云数据处理效率;最后根据试验得出的变形监测思路,对某矿区水塔进行了变形监测,并与全站仪的监测数据进行了对比分析。研究表明:采用三维激光扫描技术获取的水塔变形监测数据与全站仪获取的监测数据的最大误差仅为1.8 mm,远小于沉降变形监测10 mm的精度要求,可见对矿区建筑物采用三维激光扫描技术进行变形监测具有可行性。     

三维激光扫描技术在煤矸石山难及区域测绘中的应用

该文针对废弃矿区煤矸石山的陡坡立面区域碰到的难以测量数据点的问题,以北京市某矿区废弃矸石山陡坡立面为实例,采用了三维激光扫描测量技术,对难及区域即陡坡立面进行了扫描测量,并在内业中很好的进行了三维模型重建以及按设计坡度统计了土方工程量,为矸石山的规划设计人员提供了科学有效的数据支持,大大加快了矸石山区域整体的测绘和规划...