手持式SLAM移動激光掃描系統在礦山測量中的應用_解決方案-華測導航

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      礦山地下空間測量方案
      地下開采所形成大量采空區安全隱患,普通測量方法已不能滿足礦山對采空區管理和隱患治理的需求。精確的勘察采空區的空間位置,形態,變形觀測,體積等三維立體的數據,科學科管理地下采空區,有效的提高安全生產。
      由于地下采空區具有隱伏性強、空間分布特征規律性差、采空區頂板冒落塌陷情況難以預測等特點,因此,如何對地下采空區的分布范圍、空間形態特征和采空區的冒落狀況等進行量化評判,一直是困擾工程技術人員進行采空區潛在危害性評價及合理確定采空區處治對策的關鍵技術難題。 
      傳統的測繪勘察手段進行單點式與抽檢式的測量,很容易丟失關鍵性的數據信息,新型的勘察技術手段將解決這些關鍵性的技術難題,為采空區的安全生產,安全性評價的可靠性,以及治理方案的合理性提供科學的依據。
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      系統特點


      解決方案
      一、新型勘察技術

      三維激光掃描技術又被稱為實景復制技術,是一種全新的測量技術,它突破了傳統的單點測量方法,具有高效率、高精度的獨特優勢,三維激光掃描技術能夠提供掃描物體表面的三維點云數據,因此可以用于獲取高精度高分辨率的數字模型。
      SLAM三維激光掃描系統,最大的用途是可以進行實時移動式的測量,快速進行采空區的數據采集,其主要是依靠SLAM算法。SLAM三維激光掃描系統是由:激光掃描儀(Laser Scanner)、慣性測量單元(Inertial measurement unit,簡稱IMU)與SLAM算法(simultaneous localization and mapping)三個主要要素組成。
      SLAM算法是這三大主要要素中最重要的,SLAM算法的好壞決定了解算出的移動軌跡的精準度,移動軌跡的精準度決定了空間場景三維數據的精準度。SLAM算法根據激光測距儀所獲得三維數據中時間軸上共同的特征點加上IMU獲取的姿態數據,進行實時解算設備從出發點移動的距離,角度信息,逆向的構建連續的空間場景數據。即被動式依據當前周圍場景的數據實時計算出連續的空間數據。
      經過大量的項目實驗與技術革新,華測推薦使用手持式SLAM移動激光掃描系統——GeoSLAM ZEB-REVO RT。


      華測導航手持式SLAM移動激光掃描系統GeoSLAM ZEB-REVO RT技術參數,手持式SLAM移動激光掃描系統在礦山測量中的應用


      手持式SLAM移動激光掃描系統GeoSLAM ZEB-REVO RT具備以下特點:

      1、移動測量
      設備可適用于各種環境,尤其是復雜及封閉的空間,無需GNSS。靈活的接口和放置方式使得ZEB-REVO可以手持、安裝在無人機、機器人上,或者安裝在桿上以探入孔洞。重量僅有1kg,手持即可掃描多層空間,并基于最高IP64的防護等級,設備可經受嚴苛環境的考驗。


      2、智能高效
      ZEB-REVO具備內置WIFI模塊,智能手機或平板連接該設備WIFI,即可通過網頁進入控制界面,實時顯示掃描點云,實時顯示掃描軌跡,數據通過WIFI可直接下載,操作簡單快捷。只要幾分鐘培訓,任何人都可以操作ZEB-REVO,測點速率高達43000點/秒,快速生成3D BIM模型。


      3、經濟高效
      傳統方式十倍的效率獲取并建模復雜環境數據,使您可以成功在最短時間內完成項目,無需間斷。比傳統測量方式或靜態掃描儀更快的速度,大大節省您的測量時間。ZEB-REVO也是您已有掃描硬件的強有力補充,相互結合,使作業更高效。


      二、項目實施流程

      1、采空區路線規劃及數據采集
      根據測區實際情況,結合絕對坐標控制點,規劃行走路徑,避免重復掃描;對巷道進行掃描,獲得高質量點云數據。
      使用GeoSLAM ZEB-REVO RT手持式SLAM移動激光掃描系統進行井巷掃描,普通安卓設備,蘋果設備,WIN設備均可連接ZEB REVO 所發射的WIFI,并控制,最終得到數據。


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      通過向前移動的方式采集采空區的數據,設備的正前方會形成360°的球形掃描區域,從而完整的獲取采空區的數據。


      手持式SLAM移動激光掃描系統在礦山測量中的應用,SLAM掃描系統應用于采空區的點云數據展示圖,

      點云數據


      2、采空區數據處理

      (1)二三維聯動查看點云數據,并顯示移動軌跡。


      手持式SLAM移動激光掃描系統在礦山測量中的應用,采空區數據處理展示圖


      (2)采空區三維量測分析
      實現對線路任意點距離量測、面積量測。能夠直接精確測量出各點的坐標、高程、任意兩點間空間距離、任意點高程等。


      手持式SLAM移動激光掃描系統在礦山測量中的應用,采空區三維量測分析的數據自動拼接效果,

      數據自動拼接效果

      手持式SLAM移動激光掃描系統在礦山測量中的應用,采空區三維量測分析的數據拼接精度展示圖,數據拼接警服誤差1公分

      數據拼接精度誤差1公分


      (4)采空區絕對坐標轉換

      利用3個控制點把相對坐標轉成絕對坐標,一定條件下可控制在5cm左右。


      手持式SLAM移動激光掃描系統在礦山測量中的應用,采空區絕對坐標轉換展示圖

      坐標轉換


      (5)采空區模型自動建模


      手持式SLAM移動激光掃描系統在礦山測量中的應用,采空區模型自動建模展示圖



      、項目實施流程

      1、采空區體積計算
      采空區體積計算可用于生產驗收,采空區回填等,數據可直接導入礦山專用軟件,快速計算采空區體積。


      手持式SLAM移動激光掃描系統在礦山測量中的應用,采空區體積計算展示圖

      體積計算

      與傳統驗收方式比較,激光掃描具有多方面的優勢:


      手持式SLAM移動激光掃描系統在礦山測量中的應用,采空區傳統與激光掃描作業方式的對比圖,優劣勢展示圖


      利用三維激光測量技術,可為采場體積計算、核定采礦量及為采空區回填提供數據支持。經實際驗證,可完全滿足驗收需求。對于人員難以進入或較危險區域,可實現遠距離安全快速驗收,數據精確可靠。


      2、采空區安全監測和評價


      手持式SLAM移動激光掃描系統在礦山測量中的應用,采空區安全監測和評價展示圖


      可通過多期的采空區數據進行對比,分析采空區的形變,可快速定位危巖體的位置,體積;可協助礦山安全、地質、生產等部門作出判斷,進行安全的處置有效避免地質災害的發生。

      3、采礦設計與運維管理


      手持式SLAM移動激光掃描系統在礦山測量中的應用,采礦涉及與運維管理中的設計圖與真實的采空區模型

      設計圖與真實的采空區模型


      依靠激光掃描獲取的真實的三維采空區數據,避免了二維圖紙或模擬的采空區模型對于真實的采空區的描述有誤的地方,通過真實的三維采空區模型用作于采礦設計,回填,監測,管理等一體化的工作。


      手持式SLAM移動激光掃描系統在礦山測量中的應用,采礦涉及與運維管理中的采空區模型展示圖


      4、數字化礦山

      隨著國家對安全指標不斷提高和采空區調查治理的重視,單一的井下信息系統已經不能滿足信息化建設的需要,而目前利用傳統測繪技術所建立的虛擬礦山模型不能夠完整反映出真實礦山的原貌,達不到自動化采礦、智能采礦的需求。華測的無人機激光雷達系統可獲取礦山外部的地形數據,SLAM激光雷達系統獲取礦山內部的數據,兩者結合,打造真實的數字化礦山系統。 


      四、總結

      隨著礦山開采,礦山空區安全問題日漸突出。如果處理不當,會對生產運營、回填治理、安全控制等多個方面產生影響,新型的激光測量技術,安全、高效、精確的獲取空區數據,三維形態,并可量取所需的距離和計算截面積、體積等,從而能對現狀及治理做出分析和判斷,保障礦山的安全生產,科學有效的分析,管理空區。

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