手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用_解决方案-华测导航

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矿山地下空间测量方案
地下开采所形成大量采空区安全隐患,普通测量方法已不能满足矿山对采空区管理和隐患治理的需求。精确的勘察采空区的空间位置,形态,变形观测,体积等三维立体的数据,科学科管理地下采空区,有效的提高安全生产。
由于地下采空区具有隐伏性强、空间分布特征规律性差、采空区顶板冒落塌陷情况难以预测等特点,因此,如何对地下采空区的分布范围、空间形态特征和采空区的冒落状况等进行量化评判,一直是困扰工程技术人员进行采空区潜在危害?#20113;?#20215;及合理确定采空区处治对策的关键技术难题。 
传统的测绘勘察手段进行单点式与抽检式的测量,很容易丢失关键性的数据信息,新型的勘察技术手段将解决这些关键性的技术难题,为采空区的安全生产,安全?#20113;?#20215;的可靠性,以及治理方案的合理性提供科学的依据。
手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,矿山地下空间测量方案,高精度矿山地下测量方案


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系统特点


解决方案
一、新型勘察技术

三维激光扫描技术?#30452;?#31216;为实?#26696;?#21046;技术,是一种全新的测量技术,它突破了传统的单点测量方法,具有高效率、高精度的独特优势,三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据,因此可以用于获取高精度高分辨率的数字模型。
SLAM三维激光扫描系统,最大的用途是可以进行实时移动式的测量,快速进行采空区的数据采集,其主要是依靠SLAM算法。SLAM三维激光扫描系统是由:激光扫描仪(Laser Scanner)、惯性测量单元(Inertial measurement unit,简称IMU)与SLAM算法(simultaneous localization and mapping)三个主要要素组成。
SLAM算法是这三大主要要素中最重要的,SLAM算法的好坏决定了解算出的移动轨迹的精准度,移动轨迹的精准度决定了空间场景三维数据的精准?#21462;LAM算法根据激光测距仪所获得三维数据中时间轴上共同的特征点加上IMU获取的姿态数据,进行实时解算设备从出发点移动的距离,角度信息,逆向的构建连续的空间场景数据。即被动式依据当前周围场景的数据实时计算出连续的空间数据。
经过大量的项目实验与技术革新,华测推荐使用手持式SLAM移动激光扫描系统——GeoSLAM ZEB-REVO RT。


华测导航手持式SLAM移动激光扫描系统GeoSLAM ZEB-REVO RT技术参数,手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用


手持式SLAM移动激光扫描系统GeoSLAM ZEB-REVO RT具备以下特点:

1、移动测量
设备可适用于各种环境,尤其是复杂及封闭的空间,无需GNSS。灵活的接口和放置方式使得ZEB-REVO可以手持、安装在无人机、机器人上,或者安装在杆上以探入孔洞。重量仅有1kg,手持即可扫描多层空间,并基于最高IP64的防护等级,设备可经受严苛环境的考验。


2、智能高效
ZEB-REVO具备内置WIFI模块,智能手机或平板连接该设备WIFI,即可通过网页进入控?#24179;?#38754;,实时显示扫描点云,实时显示扫描轨迹,数据通过WIFI可直接下载,操作简单快捷。只要几分钟培训,任何人都可以操作ZEB-REVO,测点速率高达43000点/秒,快速生成3D BIM模型。


3、经济高效
传统方式十倍的效率获取并建模复杂环境数据,使您可以成功在最短时间内完成项目,无需间断。比传统测量方式或静态扫描仪更快的速度,大大节省您的测量时间。ZEB-REVO也是您已有扫描硬件的强有力补充,相互结合,使作业更高效。


二、项目实施流程

1、采空区路线规划及数据采集
根据测区?#23548;?#24773;况,结合绝对坐标控制点,规划行走路径,避免重复扫描;对巷道进行扫描,获得高质量点云数据。
使用GeoSLAM ZEB-REVO RT手持式SLAM移动激光扫描系统进行井巷扫描,普通安?#21487;?#22791;,?#36824;?#35774;备,WIN设备均可连接ZEB REVO 所发射的WIFI,并控制,最终得到数据。


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采空区路线规划及数据采集,高效率采空区项目实施方案


通过向前移动的方式采集采空区的数据,设备的正前方会形成360°的球形扫描区域,从而完整的获取采空区的数据。


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,SLAM扫描系统应用于采空区的点云数据?#25925;?#22270;,

点云数据


2、采空区数据处理

(1)二三维联动查看点云数据,并显示移动轨迹。


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采空区数据处理?#25925;?#22270;


(2)采空区三维量测?#27835;?br /> 实现对线路?#25105;?#28857;距离量测、面积量测。能够直接精确测量出各点的坐标、高程、?#25105;?#20004;点间空间距离、?#25105;?#28857;高程?#21462;?


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采空区三维量测?#27835;?#30340;数据自动拼接效果,

数据自动拼接效果

手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采空区三维量测?#27835;?#30340;数据拼接精?#26085;故?#22270;,数据拼接警服误差1公分

数据拼接精度误差1公分


(4)采空区绝对坐标转换

利用3个控制点把相对坐标转成绝对坐标,一定条件下可控制在5cm左右。


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采空区绝对坐标转换?#25925;?#22270;

坐标转换


(5)采空区模型自动建模


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采空区模型自动建模?#25925;?#22270;



项目实施流程

1、采空区体积计算
采空区体积计算可用于生产验收,采空区回填等,数据可直接导入矿山专用软件,快速计算采空区体积。


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采空区体积计算?#25925;?#22270;

体积计算

与传统验收方式比较,激光扫描具有多方面的优势:


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采空区传统与激光扫描作业方式的对比图,优?#37038;普故?#22270;


利用三维激光测量技术,可为采场体积计算、核定采矿量及为采空区回填提供数据支持。经?#23548;?#39564;证,可完全满足验收需求。对于人员难以进入或较危险区域,可实现远距离安全快速验收,数据精确可靠。


2、采空区安全监测和评价


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采空区安全监测和评价?#25925;?#22270;


可通过多期的采空区数据进行对比,?#27835;?#37319;空区的形变,可快速定位危岩体的位置,体积;可协助矿山安全、地质、生产等部门作出判断,进行安全的处置有效避免地质灾害的发生。

3、采矿设计与运维管理


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采矿涉及与运维管理中的设计图与真实的采空区模型

设计图与真实的采空区模型


依靠激光扫描获取的真实的三维采空区数据,避免了二维图?#20132;?#27169;拟的采空区模型对于真实的采空区的描述?#24418;?#30340;地方,通过真实的三维采空区模型用作于采矿设计,回?#30591;?#30417;测,管理等一体化的工作。


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采矿涉及与运维管理中的采空区模型?#25925;?#22270;


4、数字化矿山

随着国家对安全指标不断提高和采空区调查治理的重视,单一的井下信息系统已经不能满足信息化建设的需要,而目前利用传统测绘技术所建立的虚拟矿山模型不能够完整?#20174;?#20986;真实矿山的原貌,达不到自动化采矿、智能采矿的需求。华测的无人机激光?#29366;?#31995;统可获取矿山外部的地形数据,SLAM激光?#29366;?#31995;统获取矿山内部的数据,两者结合,打造真实的数字化矿山系统。 


四、总结

随着矿山开采,矿山空区安全问题日渐突出。如果处理不?#20445;?#20250;对生产运营、回填治理、安全控制等多个方面产生影响,新型的激光测量技术,安全、高效、精确的获取空区数据,三维形态,并可量取所需的距离和计算截面积、体积等,从而能对现状及治理做出?#27835;?#21644;判断,保障矿山的安全生产,科学有效的?#27835;觶?#31649;理空区。

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