三维激光扫描技术在华亭东峡煤矿塌陷区监测中的应用

三维激光扫描技术可以获取被测区域的真实数字地表模型,能够以面状形式整体反应塌陷区的变形趋势,因此,在形变监测中的应用日益广泛。文中利用三维激光扫描技术所获取的两期点云数据进行叠加,所提取的特征点形变量与GNSS监测点成果吻合较好,验证了三维激光扫描技术监测应用的可行性和可靠性。同时,利用获取的典型监测断面和塌陷区沉降等值线图精确划定了塌陷活跃区的范围和沉降幅度,为塌陷区形变机理研究提供了科学依据。     

基于无人机数据采集技术的地形坡度勘测研究

地形坡度的大小关系到边坡的稳定性,坡度较大的地区极易引发滑坡、泥石流等地质灾害。为了准确了解边坡稳定性,减少地质灾害带来的生命财产损失,研究一种无人机数据采集技术下的地形坡度勘测方法。以南方某山地区为例,借助无人机搭载激光雷达设备,采集点云数据,并对点云数据实施滤波和稀疏的预处理。根据预处理的点云数据,建立数值高程模型,绘制不规则三角网,得出高程数据以及夹角数据。基于这2类数据,计算研究区坡度值,并划分坡度风险等级,实现地形坡度勘测。结果表明,计算出来的研究区整体坡度大于31°,与坡度等级表对比,等级划分为Ⅳ级,说明研究区为危险区域,边坡不稳定。     

基于LiDAR DEM不确定性分析的矿区沉陷信息提取

机载LiDAR系统能够快速获取大面积地表高分辨率、高精度的三维点云数据,可用于矿区沉陷信息提取,但LiDAR数据本身的误差、地表覆被和数据处理等会导致生成DEM中存在一定的不确定性。基于研究区2009、2012年2期机载LiDAR点云数据,在LiDAR DEM精度与不确定性分析的基础上,利用模糊推理方法建立了基于坡度、点云密度和地表粗糙度的误差相关表面,用于差值DEM不确定性的量化与DEM最小变化阈值的探测,采用基于权重滤波窗口的贝叶斯估计判定与修正,较精确地获取了研究区地表形变信息;针对地表侵蚀等导致的地形变化信息,在坡度相关性分析的基础上,通过掩膜去除了非开采沉陷导致的地形变化信息,获取了较为精确的沉陷盆地信息。实验表明该方法适用于大面积开采沉陷监测,能够快速确定沉陷区位置,较准确获取沉陷区的分布范围、面积及体积等信息,为开采沉陷监测提供了一种新的技术手段。     

白云西矿冻融期软岩边坡形变分析

白云西矿碎软岩边坡在春季开化后经常发生浅层坍塌,分析研究碎软岩边坡在冻融期发生的形变特 点,获得冻融对软岩边坡形变的影响规律。 首先对软岩岩块进行冻融试验获得岩块的崩解率,再对冻融期边坡的表 面位移监测获得边坡体在冻融期的形变特点,最后对边坡坡面碎裂层的温度惰性反应进行分析,以及结合现边坡发 生的浅层滑塌,综合分析冻融期白云西矿软岩边坡的形变特点。 研究获得冻融期软岩边坡的日变形速度在±2 mm / d 之间,边坡碎裂层具有保温、缓冲形变的特点,边坡岩石的冻融试验与岩体的真实冻融形变存在一定的差异性。     

无人机摄影测量在尾矿坝变形监测分析中的应用

由于尾矿坝安全管理范围大,山地环境特殊,传统测绘手段难以开展,尾矿坝变形位移数据仅通过单点或多点的监测方式获得,因此本文提出一种基于UAV摄影测量的尾矿坝变形监测分析方法,该方法通过无人机对尾矿坝两期空间三维地理信息数据的采集,将采集到的两期数据分别进行三维重建并生成点云模型,再利用地理信息三维时空对比分析技术对两期点云模型进行对比分析。结果表明：该方法实现了对尾矿坝由点到面的全方位监测,监测精度可达厘米级,为尾矿坝宏观变形监测及异常变形区域的快速核查及安全巡检等提供了依据。     

一种三维激光数据与数码影像自动配准的方法

地面激光扫描仪可以获取目标表面密集高精度离散的三维点云数据,摄影测量可以获取目标表面丰富高质量连续的纹理影像数据,将地面激光扫描仪点云和近景数码影像进行有机融合成为当前研究的热点和难点,提出了一种通过基于激光点云强度图像和数码影像自动配准来实现两种异源数据间的精确融合。其中,针对异源数据成像模型不同的问题,将点云数据严格地转换为相机中心投影方式的强度影像;在点云强度图像和数码影像间特征点的提取与匹配过程中,采用了由粗到精的稳健策略;根据高精度的匹配点利用空间后方交会获取相机的准确外方位元素,恢复图像在摄影瞬间相对点云目标的位置和姿态。实验证明,该方法可实现地面激光点云数据与近景数码影像的有机融合。     

基于坐标测量的风机叶片三维模型重构

根据矿用轴流通风机叶片表面特征规划测量路径,应用三坐标测量机对其表面进行测量,获取了风机叶片表面点云数据;根据给定误差下的最小二乘非均匀B样条拟合点云数据得到了风机叶片的截面曲线,在截面曲线上通过二次采样完成点云数据精简。最后基于非均匀有理B样条理论,运用MATLAB软件编程,实现了风机叶片的三维模型重构,这为矿用轴流通风机叶片的实物造型和再设计奠定了基础。     

基于无人机LiDAR的榆神矿区采煤沉陷建模方法改进

煤矿地表沉陷监测中常规的大地测量和InSAR等遥感手段均有一定的局限性。利用无人机LiDAR对沉陷区进行地面扫描,通过多期数据叠加可快速获取地表沉陷盆地的精细特征。然而,按现有的主流点云滤波及插值算法所构建的沉陷模型往往包含显著噪声,限制了该技术在矿区的实际应用。以榆神矿区某开采工作面地表为实验区,针对其地形起伏而植被覆盖度较低的地理环境,利用低空无人机Li DAR获取2期4组地面点云数据,结合常规地表移动实测数据,研究基于激光点云的矿区沉陷建模改进方法。分别采用专业化数字高程模型插值、反距离权重插值、克里金插值、自然邻域插值、样条函数插值及三角网渐进加密滤波、基于高程阈值的滤波、多尺度曲率滤波、基于坡度阈值的滤波、渐进形态学滤波等主流点云插值和滤波算法,构建实验区数字高程模型(DEM)并进行误差对比分析,发现专业化数字高程模型插值及三角网渐进加密滤波算法的效果相对较优,但两期DEM叠加生成的初始沉陷模型仍然精度不足,主要包含点云平面位置误差、非地面点噪声、点云内插误差、水域覆盖范围变化等引起的模型误差。在分析上述误差分布特征及其改进途径的基础上,提出基于小波阈值的沉陷模型去噪优化方案...     

基于三维激光扫描的露天台阶爆破数字化研究

台阶爆破数字化是实现露天台阶爆破标准化、精细化作业的基础。首先采用三维激光扫描技术快速、准确获取工作帮台阶表面密集点的三维坐标数据,然后由点云构建开挖台阶的三维实景数字化模型,爆破后对爆堆扫描构建爆堆三维点云实景数字化模型,叠加爆破开挖前后的台阶三维点云模型,实现台阶爆破数字化建模;借助计算机编程,进一步实现露天台阶爆破设计、爆破效果分析和爆破质量控制的数字化和智能化。相对传统爆破设计提高了设计精度和效率。     

地基真实孔径雷达精度验证方法与实验研究

常规形变监测手段受限于数据精度、监测范围、适用环境等因素,严重制约滑坡、坍塌灾害的预警预报工作。基于差分干涉技术的微波遥感方法是进行非接触表面微小位移高精度监测的先进技术在应急救援、防灾减灾、矿山安全生产、边坡稳定性评估等方面均有有效应用。本文应用自研的地基真实孔径雷达系统,在分析信号模型的基础上,归纳了强散射特性目标回波数据处理流程,提出了适用于验证该类型雷达系统形变监测精度的方法。据此开展了基于三角板角反射器的点目标静止与位移实验,通过雷达回波幅值分析与点云数据拟合,判别预设目标空间位置并确定目标位移标准值,证明了所提方法的有效性和系统0.1 mm监测精度。在内蒙古黑岱沟露天煤矿进行边坡监测实验,结合若干点目标形变数据说明了系统良好的实用性。     

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。     

利用激光点云数据的采石场开采量动态监测方法研究

文中选择河北省某采石场为研究对象,采用徕卡C10获取三期激光点云数据,利用Cyclone完成数据的预处理。在Cyclone软件中建立TIN模型的基础上,获取三期数据的挖方量,依据挖方量计算出相邻二期的开采量。研究结果表明:该技术方法可行,能够满足管理部门的需要。     

三维激光扫描仪在不规则实体表面积计算中的应用

采用三维激光扫描仪可以快速获取物体表面点云数据。利用Geomagic Studio软件可对点云数据构建多边形模型,通过计算多边形模型的表面积实现物体表面积的计算。文中介绍了三维激光扫描仪结合Geomagic Studio软件用于不规则实体表面积计算的具体流程及方法,并验证了该方法的可行性。     

基于FLAC~(3D)的地表坡度对地表移动变形影响的研究

采用FLAC3D数值模拟方法,模拟了不同坡度下的地表移动变形,总结岩体在不同坡度下的移动变形特征。结果表明:地表坡度的增加使主断面最大下沉值不断增加,地表2个最大水平位移值之间的差值逐步增大,最大下沉点偏坡底方向,坡体坡度的增大会使坡体的下沉曲线的下沉值增大。     

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。     

无人机在露天矿山地形建模中的应用研究

小型无人机航空摄影测量技术具有数据点密集、精度高、速度快、成本低、安全系数高的特点,在小型地图环境测量中优势明显。通过现场实际应用,提出了利用PIX4DMAPPER软件的无人机影像序列的露天矿全自动三维建模方法,使用无人机进行航拍、对获取图像通过全自动识别处理露天矿特征点云数据,智能生成数字表面模型(DSM),该方法可大大提高露天矿现状建模速度。     

相似材料试验模型破坏区面扫描数据提取研究

针对传统的相似材料试验观测方法无法有效地获取模型破坏区域信息的问题,将工业测量技术引入相似材料试验观测,利用面扫描系统获取模型表面的点云数据,针对模型点云数据的特征,提出一种点云边界提取方法。该方法首先利用扫描线法提取裂缝边界点,然后利用最小距离法连接各边界,最后通过判断点云密度和边界闭合情况剔除标志点边界。对模型观测数据进行提取试验,结果表明：除了少数被标志点覆盖和破裂十分严重的边界以外,该方法能够较好地从相似材料模型点云数据中提取出非连续破坏区域边界,提取结果可应用于开采沉陷研究中。     

激光雷达技术和摄影测量方法在无人机数字测图中的精度对比分析

为了对比分析雷达点云和摄影测量数字高程模型精度差异,以山西某地的数据为例,设计对比分析方案,通过数据计算的结果分析得到相关结论。具体方法为对两份点云数据分别做点云分类,分为植被、建筑物、地面点三类,注意两份地面点需要转换为参数相同的规则格网DEM。对比方法使用python编程实现,需要编程实现的步骤有数据整合、去除粗差、运用相关公式编写对比方法、输出结果。研究表明：Lidar点云和影像点云中不同地物的高程差异比较大,例如当不做点云分类时得到的均方根误差(E_RMS)达到724 mm,而做过点云分类之后,植被层的E_RMS可以达到1 138 mm,涨幅57%,建筑物层经计算降幅达85%,DEM降幅13%。可见在硬化表面地区,传统摄影测量得到的影像点云可以代替Lidar点云,其他复杂环境做精度对比分析时一定要先做点云分类,对比结果相对更合理。文章使用了一套成熟的点云精度对比方案,经过验证有很高的可行性,具有一定参考意义。     

基于Riegl VZ-1000三维激光扫描仪在矿区塌陷坑监测中的应用

三维激光扫描技术为塌陷坑的地表移动规律研究提供了新的途径。文中利用Riegl VZ-1000三维激光扫描仪所采集的塌陷坑点云数据生成高精度DEM,对塌陷坑两期DEM对比分析获得塌陷坑沉降等值线图。通过塌陷坑基本形态变化、边界对比、典型断面对比以及塌方量统计,为塌陷坑形变机理研究提供了有力的数据支持,为塌陷坑恢复治理提供了科学依据。     

基于AutoCAD的矿井地质三维可视化研究

矿井地质工作是煤矿建设与生产安全的重要技术保证,综合考虑矿井地质体的特征和矿井地质数据的特点,选择表面模型作为地质体三维可视化的研究模型。根据该模型进行数据准备与组织,对AutoCAD进行二次开发,最终实现地质体的三维可视化。