我国矿山测量领域三维激光扫描技术的应用现状及存在问题

三维激光扫描作为一种非接触式测量技术,近年来在我国矿山测量领域得到了广泛应用,涉及了矿区边坡监测、露天矿储量管理、地表沉陷监测等方面。结合近年来的相关研究成果,系统分析了我国矿山测量领域三维激光扫描技术的应用现状,并对存在的问题进行了探讨。研究表明：矿山测量工程应用及科学研究中使用的三维激光扫描设备与配套软件以国外进口为主,国产设备与软件较少;从数据采集、处理、成果应用等方面分析,主要存在的问题有采集数据质量不佳、点云数据匹配精度有待提高、点云数据滤波算法精度不高、特殊监测领域的应用成果不明显等。在上述分析的基础上,认为该领域的主要研究方向为：①高精度的空天地一体化数据采集方案,如InSAR、LiDAR、倾斜摄影测量与地面三维激光扫描技术相结合;②具有自主知识产权的点云数据处理软件开发,包括点云数据智能匹配算法、智能化高精度点云数据滤波算法等;③三维激光点云数据后期成果应用,包括面状地物变形监测理论与方法、大数据技术与人工智能技术相结合的三维激光扫描实时动态监测方法。总体来说,进一步推进三维激光扫描技术在我国矿山测量领域的应用,有助于大幅提升相关工程技术人员的空间三维数据处理能力,进而提高工作效率。     

三维激光扫描技术在露天矿转台测量验收中的应用

作为新兴的测量技术手段,三维激光扫描技术突破了传统的单点测量方法。基于三维激光扫描仪的工作原理,介绍了三维激光扫描技术在测量中的应用流程及数据处理步骤。以某大型露天矿转台测量计算方量为实例,构建三维实体模型,快速获得转台方量,并与传统的全站仪测量高程点构建TIN方法计算方量进行分析比较。结果表明,相比传统全站仪传统测量方法,三维激光扫描技术点云数据更精确直观,提高了作业效率,更具优势,在矿山转台验收测量中具有较好的推广价值。     

Riegl VZ-1000三维激光扫描测量系统在大型露天矿山土石方测量中的应用

依据Riegl VZ-1000三维激光扫描测量系统所采集的点云数据与常规测量方法所获取的测量数据分别采用三角网算法和方格网算法进行露天矿山的采剥体积计算,并对两种计算结果进行比较。结果表明,利用三维激光扫描测量系统获取的矿山点云数据是精准,可靠的,在露天矿山体积测量中三维激光测量技术比传统测量技术更为精确、安全和高效。     

基于点云数据特征点拼接的建筑物三维重构

随着数字测图的迅速发展,三维激光扫描技术已经应用到更多的领域。文中以中国矿业大学(北京)某办公楼为研究对象,通过三维激光扫描技术获取建筑物点云数据,采用建筑物点云数据特征点拼接方法,运用RISCAN PRO软件和三维建模软件进行了办公楼的三维重构。分析表明:通过建筑物点云数据特征点拼接方法能够提高外业工作效率,拼接精度较高,符合建筑物建模要求。     

基于影像的三维激光数据着色

从三维激光扫描测量的基本原理出发,探讨了三维激光扫描测量和近景摄影测量的异同.将三维激光扫描测量技术与摄影测量技术相结合,通过高分辨率数码影像取色,实现了三维激光点云的着色处理.     

矿山巷道三维激光扫描点云复合滤波算法研究

三维激光扫描技术具有高效率、高精度、低成本等优点,能够实现复杂矿井三维模型的快速构建。然而,该技术存在获取的点云数据体量庞大、噪声大等不足,给数据存储、传输、处理带来诸多不便。为解决上述问题,提出了巷道三维激光扫描点云复合滤波算法。依据算法侧重点和点云特征将数据滤波划分为精简与降噪两个过程,进而结合矿山半圆拱巷道特征提出了“剖面—轴向—随机”复合式数据精简滤波模型和复合式数据降噪滤波模型,并对复合算法的适用性、可靠性、合理性、准确性进行了对比分析。结果表明:相比单一算法,采用复合滤波算法精简与降噪后,在合理保留巷道原有的轮廓特征与细节的同时,数据简化率高达99.3%,最大程度滤除了椒盐噪声、高斯噪声等各类离群点,实现了确保模型质量前提下数据大规模精简与离群点高效处理的目标,为矿山全生命周期实时状态展示、动态评估、行为预测奠定了基础。     

基于激光点云的割煤顶板线提取技术研究

激光扫描数据的获取与处理是煤矿智能工作面的关键技术之一。作为监测煤矿采煤机截割轨迹的重要手段,三维激光扫描技术,因其具有非接触、精度高、受烟尘影响小等特点日益受到重视,但由于激光点云数据存在的海量性、离散性、冗余多的特点,实际生产中,目前只能将远程获取工作面三维点云信息,无法利用激光点云数据的空间特征直接提取采煤机割煤顶板线,即无法提供当前刀采煤机截割轨迹的反馈信息。为实时获取和预测采煤机当前刀割煤顶板线位置数据,在基于物探、钻探、巷道素描和激光扫描等数据构建初始透明化工作面的基础上,利用激光扫描仪,实时感知获取煤矿井下综采工作面的激光点云数据,在充分理解激光扫描装置运行原理和激光点云数据特征的前提下,针对三维激光点云存在的数据离散、信息量大、特征提取困难等问题,通过移除离群点、点云滤波、点云切片和基于空间形态的特征点提取等算法,建立了一套完整的工作面三维激光点云的特征提取流程,实现了综采工作面激光点云的割煤顶板线的自动提取,并与基于目视解译法提取的割煤顶板线数据进行对比验证,误差小于0.04 m的点数量占84%,误差小于0.08 m的点数量占96%,验证了该提取采煤机当前刀割煤顶板线...     

三维激光扫描技术在建筑物外立面测量中的实践及应用

三维激光扫描仪具有高速度、高精度的特点,在很多领域得到了广泛应用。文中主要对利用三维激光扫描仪进行建筑物立面面测量进行分析,通过少量的控制点,测得较多外业数据点云,利用三维数据处理软件进行数据处理,得到建筑物立面图的实际生产过程进行分析。该方法能大大缩短工期,切实提高工作效率,使大量工作转为内业处理,测量精度完全符合相关规定,该方法是一个值得推广的建筑物立面测量方法。     

利用点云数据进行惠泉变电站三维重建

提出了一种利用激光扫描仪采集的点云数据对建筑物进行快速三维重建的方案。对于待扫描的建筑物,获取从不同角度扫描的激光点云,首先进行相邻扫描站的激光点云自动拼接,生成统一的点云模型,然后再通过点云提取特征线,利用共面条件,提取建筑物框架生成三维模型,最后得出利用三维激光扫描技术可以快速建立三维空间的可视化模型,解决了传统测量仪器和测量方法在变电站等特殊领域的不足的问题。     

三维激光扫描技术在国内矿山领域的应用

介绍了三维激光扫描技术在矿山采空区、矿山边坡、矿 山爆破、矿山开采沉陷、矿山储量５个领域的应用现状,着重 分析了实际应用中存在的问题,分析了点云数据获取高质量 化、点云覆盖范围最大化、点云数据处理高精度化的发展趋 势,指出三维激光扫描技术与新型测量技术和人工智能算法 相结合,开发数据处理软件融入矿山数据管理平台是实现智 慧矿山的重要保障.     

三维激光扫描技术在梅山铁矿尾矿利用量测量中的应用

尾矿利用量是评估尾矿综合利用效率的一项重要基础数据,传统测量方法难以完成大面积尾矿利用量连续测量任务。为此,梅山铁矿的测量技术人员充分利用三维激光扫描技术的快速、精确、灵活的测量特点,快速获取尾矿库内开采区域的点云数据。经过数据解算、坐标匹配、点云抽稀、降噪、与上期数据比较计算,得到每期的尾矿利用量,为生产管理部门分析评价尾矿综合利用率提供了及时准确的数据。三维激光扫描技术提高了尾矿利用量测量的精度和工作效率,为同类测量提供了参考。     

三维激光扫描技术在矿区沉陷土地复垦方案研究中的应用

三维激光扫描技术从出现到发展已有一段时间,但其应用尚处于起步阶段,尤其是在矿山开采沉陷领域。文中利用三维激光扫描技术对煤矿矿区地表大片沉陷土地进行数据采集,再通过对海量点云数据的拼接、滤波等的处理,得出沉陷地的精细地形图,进而实现矿区土地复垦方案的设计。     

基于三维激光扫描技术的西石门铁矿精矿盘库测量方法

盘库测量是矿山企业生产过程中的一项重要工作,只有准确掌握精矿库存量方可制定出更科学的生产和销售策略。结合三维激光扫描技术对西石门铁矿精矿盘库测量方法进行了研究,即利用三维激光扫描仪获取点云数据,经过坐标转换、噪声点剔除、重采样处理后,结合Geomagic Studio软件构建了精矿三维模型,并利用该模型对精矿量进行计算。研究表明:所提方法计算出的精矿量为19 269.44 m3,与基于GPS技术测量出的精矿量(18 953.68 m3)较接近,但三维激光扫描仪采集的数据信息较丰富,据此构建出的三维模型能够更为准确地反映出精矿堆存的实际情况,因而精矿量测量结果的可靠性较高;此外,所提方法的作业时间仅为GSP测量的1/2,作业效率更高。     

基于点云特征线提取的开采沉陷区建筑物倾斜测量

煤炭开采的影响区域主要集中在农田及村庄等地区,部分村庄的建筑物分布比较密集,且观测条件较差,无法采用传统全站仪坐标法进行倾斜测量。与传统测量方法相比,三维激光扫描技术具有高密度、高精度、快速获取物体表面三维空间坐标等优点。在分析现有算法的基础上,提出了一种基于RanSAC算法拟合平面提取建筑物特征线的方法。该方法利用RanSAC算法对k邻域点集进行平面拟合,根据点集中属于最佳平面模型的比率进行特征点判断与提取。研究表明:相对于基于点云曲率的特征线提取方法,所提方法可提取出清晰完整的特征线,在保留细部特征的基础上,具有受噪声影响小的特点。通过将提取的倾斜值与全站仪坐标测量结果进行对比,反映出所提方法的倾斜差均小于允许倾斜值的1/10,满足建筑物倾斜测量的精度要求。     

基于无人机贴近测量的露天矿岩质边坡结构面自动识别

获取岩质边坡结构面特征是露天矿山开展边坡稳定性分析的关键工作,传统的工程调查手段容易受到边坡地形限制,存在作业风险高、效率低等问题。为高效、安全地获取露天矿岩质边坡的精确结构面特征,利用无人机倾斜测量与贴近摄影测量技术开展了露天岩质边坡测量工作,构建了边坡的精细三维点云模型。通过进行边坡点云数据滤波、特征值获取以及基于区域生长法的平面分割分析,实现了基于点云数据结构面参数的识别与提取,形成了一种基于无人机获取岩质边坡结构面的自动、高精度测量方法,并在攀枝花铁矿尖山矿区北部边坡开展了工程实例验证。研究表明:基于无人机测量获取符合工程精度要求的边坡三维点云数据,采用结构面自动识别方法可快速地从边坡点云数据中获取岩体结构面信息,为边坡稳定性分析与评价提供了基础数据。     

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异形产品表面加工质量检测中的应用

传统的测量手段如全站仪、GPS等都是基于点测量,在面对异形产品表面加工质量检测时显得力不从心。而三维激光扫描仪由于其可以快速高精度获取被测物体表面的三维点云数据,因此该文以某工业产品为实例,在讨论了三维激光扫描技术的原理和误差来源的基础上,通过利用三维激光扫描仪获取产品表面的海量点云数据,然后对点云进行拼接、去噪等预处理,并将点云与设计模型进行对比,以调整产品。实验结果表明,通过三维激光扫描技术可以有针对性的调整产品,提高产品质量,并满足一定精度。     

无人机三维激光扫描技术在大红山铁矿的应用

为精确探测大红山铁矿井下采空区的真实形貌,以大红山铁矿井下II-1头部775-1采空区为研究对象,开展无人机三维激光扫描技术在采空区探测中的工程应用研究。利用无人机三维激光扫描技术灵活测量的特点,弥补了传统采空区三维激光扫描技术获取点云数据失真的弊端。结果表明:经过无人机三维激光扫描技术测量后的点云数据能更真实地展现采空区三维形貌,构建出更精确、更可靠的采空区实测模型。     

基于三维激光扫描技术的晋城矿区DEM建构研究

晋城矿区地形复杂,多位于山区和丘陵地带、地势起伏较大甚至包括悬崖和峭壁,传统地形测绘方法难以满足测量要求。三维激光扫描技术数字化、快速、非接触的特点正好可以解决这类问题。文中介绍了三维激光扫描技术的基本原理,并结合采集的矿山地形数据,进行了地形点云数据的采集方法、点云数据拼接方法、点云数据中植被信息剔除方法、DEM模型建立的相关研究。     

三维激光扫描测量技术在规划核实测量中的应用探索

规划核实测量是自然资源和规划行政主管部门进行规划监督时的必要手段,目前常规使用的是GPS和全站仪技术,但工作效率较低,不能很好的满足当前城市建设管理的需要。以实际工程案例为研究对象,简要介绍了利用地面三维激光扫描技术野外获取点云数据的作业方法,详细统计分析点云数据精度,并进行质量检查验证。研究结果表明,在规划核实测量中应用地面三维激光扫描测量技术能够满足相关规范要求,且效率高、精度可靠。