三维激光探测技术在采空区测量中的应用与实践

采空区严重影响矿山后续的开采规划,基于在大红山铜矿应用3D激光探测技术（CMS）采集矿山地下三维数据的实践,详细介绍了CMS技术在井下空区三维数据采集的方法、数据的预处理及应用实践。该技术采用无接触的测量方式,不但可以精确获取采空区的空间几何参数,如长度、面积、体积、围岩及顶板的变形和变化关系,还大大提高了空区数据采集的安全性和效率,为空区安全评价与治理以及矿柱回采设计提供数据。     

复杂采空区群精密探测及多软件耦合建模

常规采空区物理探测方法受空区形态及地质情况影响而降低精确度,不能准确地输出空区三维形态信息,且后期分析困难。激光探测技术能很好地解决这一问题,但是针对遗留大量繁杂凌乱点柱的空区群,无论前期探测,还是后期建模难度都变大。以江西某钨矿空区群为背景,利用三维激光扫描系统FARO进行了精密探测,采用Geomagic-studio软件对探测产生的点云数据进行了整理,并进一步地探索了基于Minesight软件和3Dmine软件构建的三维空间模型与FLAC^3D数值模型耦合问题。实践证明,应用FARO系统建立的三维空间模型,能较方便地对采空区的残矿量、采空区规模进行精确统计;在此基础上,基于实测三维空间模型构建的FLAC^3D数值模型,可对空区群的稳定性进行分析。     

三维激光扫描点云数据盲区边界识别与应用

三维激光扫描仪是一款获取空间点云数据的测量设备,能够有效地获取被测物体三维空间形态,但是,由于被测对象空间形态复杂、人员难于进入等原因,导致扫描点云数据存在盲区且识别困难。针对该问题,采用了一种三维激光扫描点云数据盲区识别方法,可获取点云数据盲区边界,该方法主要通过对点云数据进行KD-Tree改造,然后估计点云数据法矢,最后提取点云数据边界。为验证本文提出的盲区识别算法,选取矿山采空区点云数据进行实际验证,可准确识别点云数据边界信息,为后续数据进一步利用提供了基础。     

基于PCL与HOOPS的空区点云处理系统的设计与开发

三维激光扫描技术在空区探测中得到了越来越多的应用,但是获取的点云数据往往需要经过多个软件的联合处理与分析,消耗大量的计算处理时间,多个软件在操作上的复杂性也限制了后期数据的利用。针对上述问题,在VS2010编程平台下,利用PCL和HOOPS技术,自主开发了空区点云处理系统。该系统由点云数据管理模块、三维显示模块、点云过滤模块、剖切和实体建模模块及应用模块组成,采用模块化设计的思路,功能易于扩展。根据空区处理精度的要求,能够进行点云的过滤与精简,既满足工程需求,又加快了后期空区三维建模与显示的处理速度;系统集成了三维建模、剖切、体积计算等常用的空区处理机能,显示直观,易于使用,为现场技术人员的决策提供了方便。系统为空区治理方案的选择、参数的优化提供指导和科学依据,对于促进采空区处理的可视化、科学化具有积极的意义。     

无人机三维激光扫描技术在地下采空区探测中的应用研究

传统采空区三维激光扫描技术受限于空区的复杂形态与探测作业环境,容易导致采空区探测数据不完整,无法精确获得采空区空间形态。为提高采空区三维激光扫描探测的可靠性,基于一种无人机平台搭载便携式三维激光扫描仪的飞行探测设备,开展无人机三维激光扫描技术在采空区探测中的应用研究。简述了无人机三维激光扫描的作业原理与优势,并在大红山铁矿进行了无人机三维激光扫描技术的空区探测应用。最后分析讨论了无人机三维扫描技术在采空区探测中的应用难点与挑战。结果表明：通过无人机三维激光扫描探测,使大红山铁矿Ⅱ1 矿体 775-1 采空区的点云数据更全面、更精确。无人机三维激光扫描技术可为采空区精确探测提供一种新手段。     

三维激光扫描技术在新疆黄土坡铜锌矿井下采空区实测中的应用

为准确有效地分析新疆黄土坡铜锌矿采空区的稳定性,采用三维激光扫描技术对采空区的空间分布状态进行测量。与传统测量方法相比,三维激光扫面技术具有单色性、方向性、相干性和高亮度等优势。根据三维激光扫描技术的工作原理,结合新疆黄土坡铜锌矿井下空区测量,对其进行现场测试以及测量数据预处理,利用GEOMAGIC和DIMINE软件,点云构建新疆黄土坡铜锌矿采空区模型。结果表明:精确绘制出南北两个空区,且空区分别位于采场井下南部和北部。     

无人机三维激光扫描技术在地下采空区探测中的应用研究

传统采空区三维激光扫描技术受限于空区的复杂形态与探测作业环境，容易导致采空区探测数据不完整，无法精确获得采空区空间形态。为提高采空区三维激光扫描探测的可靠性，基于一种无人机平台搭载便携式三维激光扫描仪的飞行探测设备，开展无人机三维激光扫描技术在采空区探测中的应用研究。简述了无人机三维激光扫描的作业原理与优势，并在大红山铁矿进行了无人机三维激光扫描技术的空区探测应用。最后分析讨论了无人机三维扫描技术在采空区探测中的应用难点与挑战。结果表明：通过无人机三维激光扫描探测，使大红山铁矿Ⅱ1 矿体 775-1 采空区的点云数据更全面、更精确。无人机三维激光扫描技术可为采空区精确探测提供一种新手段。     

大宝山矿采空区三维建模技术及应用

受民采开采的影响,大宝山矿露天采场下部存在大量采空区,其分布位置、体积、空间形态等不详,给露天采场安全生产造成了严重安全隐患.采用先进的(C-ALS)空区自动激光探测系统对大宝山矿露天采场下部的采空区进行精密探测,从而获得采空区点云数据,并使用Dimine软件对C-ALS扫描生成的点云数据建立采空区三维模型,进而获得采空区空间位置、体积、空间形态及空区域的实际边界信息等,为采空区的后续稳定性分析、治理及指导残矿回采提供可靠的依据.     

赣南某钨矿采空区稳定性评价及治理技术方案

金属矿山在地下开采过程中，如何保证矿区采空区的稳定性成为矿山安全生产的关键所在。本文以赣南某钨矿采空区为研究对象，进行采空区探测、稳定性评价与治理技术方案研究。研究在对该矿山开采历史及空区现状情况进行详细调查和整理的基础上，利用三维激光扫描仪扫描采空区得到其点云数据，结合3DMine软件建立该采空区的三维形态，基于未确知测度理论构建多指标综合评定体系，确定该矿区采空区的稳定性等级，并结合矿区采空区治理技术条件，提出了相应的空区治理技术方案，为矿山空区治理提供技术支撑。     

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.     

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。     

基于地面三维激光扫描的露天矿采剥工程量计算方法

目前露天矿山采场验收测量主要采用全站仪等点式测量方法,存在采样密度低、体积计算误差大、测量周期长等不足,使用三维激光仪进行露天矿山采场验收测量已经成为一种发展趋势,然而现有的点云配准算法存在配准效率低、精度不高等问题。针对迭代最近点法(Iterative closest point,ICP)点云精配准对初始输入点云要求较高,以及原有SIFT-ICP算法需要使用影像数据作为SIFT算法粗配准数据源的问题,将原有SIFT-ICP算法进行了改进,提出了一种新SIFT-ICP算法。新算法仅使用点云一种数据源,并将SIFT算法快速识别特征点与ICP精确配准相结合,改善了精配准过程中的初始点云输入,从而实现了电云快速精确配准。辽宁省鞍山市鞍千矿现场试验表明:基于地面三维激光扫描和新SIFT-ICP算法能够快速完成点云配准,计算得到的采剥工作量相对误差仅为0.72%,可以替代目前广泛使用的全站仪等点式测量方法,并可大大提高露天矿山验收测量效率。     

基于C-ALS的特大溶洞三维探测及其安全分析

在研究三维激光扫描原理的基础上, 对溶洞的激光探测方法进行了研究。针对复杂溶洞激光扫描点云数据, 研究了点云数据最小距离准则与最大张角准则的精简算法、三维点云数据坐标变换与数据拼接原理。以张家界向家包2号铁路隧道溶洞为例, 采用C-ALS探测系统对溶洞进行了三维激光探测, 对获取的溶洞点云数据经过精简、转换坐标和拼接处理后, 运用三维矿业软件Dimine建立了溶洞三维模型, 在此基础上完成体积计算、关键位置平剖面输出, 并重点研究了平行隧道、垂直隧道及沿溶洞延伸三个主要方向上溶洞与隧道工程的三维空间位置关系, 得出了不同剖面上溶洞与隧道的直线距离。研究结果对指导隧道路线规划、安全施工具有重要工程意义。     

基于三维激光扫描技术的爆破块度识别

为快速、准确的统计现场爆破块度,提出了基于三维点云的爆破块度识别方法。利用三维激光扫描仪获取爆堆点云数据,通过ICP配准、SOR降噪和体素下采样进行点云预处理,采用RANSAC平面拟合对预处理后的点云数据进行初始分割、基于点云密度的DBSACAN算法进行聚类,识别岩块轮廓。通过计算聚类后岩块点云的三维凸包和OBB方向包围盒,获得爆堆点云中所有岩块的体积和最长粒径。结果表明：在室内试验中基于三维点云的爆破块度识别方法与直接测量法相比获取的体积平均相对误差为4.61%,粒径平均相对误差为4.75%;在现场测试试验中的平均识别准确率为80.4%,获得的爆破块度统计结果对爆破参数优化具有一定的参考作用。     

复杂采空区激光扫描异常点云过滤研究

针对复杂采空区激光探测点云数据处理过程中传统过滤方法无法过滤所有异常点的缺陷, 综合运用弦高比和周长比判据及OpenGL编程实现了异常点云拾取删除全面过滤。首先, 在分析激光扫描轨迹线点云数据拓扑关系及异常点生成原因的基础上, 综合运用弦高比和周长比判据对点云数据初步过滤; 然后运用OpenGL编程在显示界面上直接拾取删除异常点, 实现了对点云数据二次精确全面过滤。工程应用实例表明, 该方法不仅有效保留了采空区边界形态的完整性, 也为矿山复杂采空区激光探测点云数据过滤提供了新思路, 工程实用价值较高。     

缓倾斜矿体采空区稳定性数值模拟研究

根据缓倾斜矿体的特征,采用FLAC3D软件对某铁矿1#矿体采空区稳定性进行了充填前后的数值模拟,对空区治理、矿柱回采的方案制定及安全生产具有一定的借鉴作用。     

基于三维激光扫描仪的矿区边坡变形监测数据的分析处理

以南郑县碑坝孔溪沟锌矿区边坡为研究对象,选用三维激光扫描仪采集边坡变形数据,对变形监测数据进行分析和处理,从而研究矿区边坡变形。针对点云数据拼接、点云滤波、点云精简、模型重建等数据处理过程中常遇到的问题,提出了相应的解决方法。提出了多边形分割法,将模型的重点关注区域划分为多个多边形,根据多边形重心坐标的变化分析了边坡的水平位移和竖向位移。结果表明:矿区边坡变形监测数据的分析结果和实际变化情况较为吻合。     

采空区三维激光扫描智能化监测技术研究与应用

研制出基于三维激光扫描技术的采空区智能化监测系统,实现空区无人自动化监测。系统通过导轨自动伸入空区测量,将采集的点云数据传输到地面控制中心,通过软件处理获得空区三维形态,将多期测量数据进行对比,分析空区相对变形状况。试验表明,系统可准确判断空区变形位置和体积,为采空区智能化监测提供技术支撑。     

RANSAC结合特征线提取在点云逆向建模中的应用

三维激光扫描在建筑领域得到广泛应用,文中采用R半径密度对RANSAC提取的面片进行去噪,运用特征线提取算法将处理后的点云面片进行特征线提取,从而获得了建筑二维图纸并重建其三维模型,为点云数据三维逆向建模提供了一种技术方案.