無接觸測量技術在大型露天礦采剝量驗收中的應用

1、無接觸測量技術在大型露天礦采剝量驗收中的應用摘要：隨著我國露天礦山開采技術的飛速發(fā)展，露天礦的開采規(guī)模不斷擴大， 由此產生的剝離土方量體積不斷增加，以點、線為基礎的傳統(tǒng)測繪方式在現(xiàn)場測 量速度、安全性及計量精度方面已不能滿足露天剝離驗收計量工作的需要。隨著 點云技術在測繪領域的不斷發(fā)展，依托航測無人機、三維激光掃描儀等技術手段 在露天礦進行的采剝區(qū)域遠距離現(xiàn)狀點云采集、礦坑地表三維模型建立、三維立 體計量已成為露天礦采剝量計量管理的發(fā)展方向。關鍵詞：無接觸測量技術；大型露天礦采；剝量驗收引言露天礦采剝工程過程中主要由采裝、運輸、排棄等主要環(huán)節(jié)組成，采裝和排 棄的生產成本是相對固定的，而運輸生產

2、成本是動態(tài)變化的。尤其對采用單斗-汽 車間斷工藝的露天礦，運輸成本受運距變化的影響較大。當某一時段采場和排棄 位置發(fā)生產變化時，物料的運距也發(fā)生變化，隨之物料運輸費用也發(fā)生變化。運 距的合理測算在露天礦生產經營管理中具有極其重要的作用，除了能夠控制礦巖 生產總成本外，作為運輸環(huán)節(jié)生產成本的基礎參數(shù)，也會有效避免其它運輸材料 (燃油、輪胎、潤滑油)的消耗量產生較大偏差。1研究背景露天礦山進入深凹開采后，采場邊坡不斷加高加陡，邊坡角逐漸增大，一方 面將面臨開采安全性越來越差，生產成本急劇上升，經濟效益迅速下滑的問題； 另一方面，對于金屬礦山而言，提高幫坡角是充分回收資源、降低生產成本、增 加礦山效

3、益的重要手段之一。邊坡穩(wěn)定性分析是提高露天礦幫坡角的前提條件， 當前，極限平衡和數(shù)值模擬相結合的方法被廣泛應用到露天礦邊坡穩(wěn)定性分析中， 在最佳幫坡角條件下，進一步降低礦山生產成本，提高礦山經濟效益的另一個重 要手段就是進行境界優(yōu)化。最終境界優(yōu)化方法很多，包括浮錐法、錐體排除法、 圖論法、動態(tài)規(guī)劃法等。2設備與軟件固定翼無人機。采用安行飛控虎蝠固定翼航測無人機，該無人機機身長度 1. 2m，翼展1. 7m，飛機質量3. 5kg，機身采用EPO泡沫外殼，碳纖維骨架材 料制作，最大爬升高度3km，續(xù)航時間7090min，單架次作業(yè)面積15km2，最 遠通訊距離20km，抗風能力約6級，地面最大分辨

4、率2. 5cm2,采用手拋起飛、 滑行降落操作方式，機載相機為索尼A7R單反數(shù)碼相機，相機像素3600萬， 35mm定焦蔡司鏡頭。Optech掃描儀。采用OptechPolaris三維激光掃描儀，該掃描儀最小測距 1. 5m，最大測點速率2500000kHz，垂直方向掃描視場角2120。，水平掃描視場 角360，回波次數(shù)24次，水平角分辨率40rad，100m處最小點間距4mm，角 度精度80rad (1sigma)， 100mm處測距點位精度8mm (1sigma)，內置傾 斜補償210，內置2個500萬像素廣角相機。3DMine2017三維礦山軟件。該軟件是集地質勘探數(shù)據(jù)管理、礦床地質建

5、模、構造模型、傳統(tǒng)和現(xiàn)代地質儲量計算、露天及地下礦山采礦設計、三維建模、 工程量體積計算的三維可視化軟件系統(tǒng)。2017版本軟件在原有功能的基礎上具備 了依據(jù)點云進行數(shù)據(jù)建模功能。主要使用了 3DMine中表面模塊下的生成DTM 表面”、“體積計算及工具模塊下的閉合線裁剪”3個功能。3無接觸測量技術在大型露天礦采剝量驗收中的應用3.1工作流程采用固定翼無人機和掃描儀相結合的方法進行露天礦采剝量驗收測量，固定 翼無人機航測技術用于月度作業(yè)現(xiàn)場三維地形點云坐標手機，掃描儀主要用于日 常跟蹤、外業(yè)資料的調繪及對無人機數(shù)據(jù)的檢核。3.2固定翼無人機航測及數(shù)據(jù)處理1）航線設置。研究區(qū)位于安家?guī)X露天礦外包剝

6、離區(qū)，綜合考慮風向及測量區(qū) 域性狀等因素，按照南北方向布設10條航線，航向重疊度為75%，旁向重疊度 為55%，航攝比例尺約為1： 500，相對航高約為350400m，采用定點曝光方 式進行攝影測量。本次航飛覆蓋面積約10. 5km2，有效面積5. 5km2。2）像控點布設。采用RTK技術進行像控點測量，為了確保像控點的精度，根 據(jù)根點的測量要求進行測量。每一個像控點獨立地觀測2次，當平面較差小于 3cm、高程較差小于5cm時取平均值為像控點的坐標。結合該區(qū)域地形特點，為 了滿足大比例尺測圖精度要求，橫跨4條基線布1個控制點，像控點要選在航向 及旁向6張圖像重疊范圍內，在航線之間盡量公用。邊緣

7、像控點應布設在圖廓線 以外，以保證航測圖滿幅。整個測繪區(qū)域的控制點布設原則為：邊緣密布，測區(qū) 內部均勻布點，從而保證整個測區(qū)的平差及成圖精度。3）航測及數(shù)據(jù)處理。首先對航飛照片進行整理，通過導入pos數(shù)據(jù)T整理 pos數(shù)據(jù)T新建工程9加載照片及pos數(shù)據(jù)T設置坐標系統(tǒng)T初始化處理T刺像控 點T整體優(yōu)化，最后生成點云。3.3掃描儀日常跟蹤測量及數(shù)據(jù)處理通過設置新項目T設置掃描角度、測距模式及點密度T掃描T導出數(shù)據(jù)T新建 數(shù)據(jù)處理任務9導入點云數(shù)據(jù)并進行自動預處理T精配準T坐標轉換步驟，生成 點云圖。3.4采剝量計算在無人機進行航測的同時，測量人員根據(jù)現(xiàn)場管理人員、采礦計劃人員、測 量員及施工方4

8、方確認，確定計量范圍、分界及剝離物性狀，并結合生產計劃進 行外業(yè)調繪，主要調繪內容包括作業(yè)范圍、作業(yè)隊伍、剝離物性狀，紅黏土界限， 在工作面平坦位置測量部分中間點用于無人機數(shù)據(jù)檢核。提取計量范圍內的點云 數(shù)據(jù)在完成內業(yè)數(shù)據(jù)處理后，根據(jù)外業(yè)調繪情況，利用3DMine工具模塊下的閉 合線裁剪功能對點云數(shù)據(jù)進行裁剪存儲。利用點云數(shù)據(jù)及掃描儀數(shù)據(jù)對上月末數(shù) 據(jù)及模型進行更新，根據(jù)兩期點云數(shù)據(jù)，結合現(xiàn)場調繪施工范圍，利用3DMine 中表面模塊下的“體積計算”功能中的“三角網法”進行體積計算。在露天礦山測量 中，受露天礦開采擾動影響，測區(qū)地形復雜破碎，部分區(qū)域巖石陡峭、坡度大， 甚至測量人員難以抵達，測

9、量困難。使用無接觸測量模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的GPS、全站 儀等測量模式大大降低了勞動強度、提高了工作效率，具有安全風險小、數(shù)據(jù)精 度高、成果直觀等優(yōu)點。結語在露天礦采剝量驗收工作中，利用航測無人機+三維激光掃描儀技術能夠快 速、準確的實現(xiàn)采剝現(xiàn)場三維點云數(shù)據(jù)采集，且點云數(shù)據(jù)內業(yè)處理方式簡單、處 理速度快、人為參與因素少，可操作性強。通過對點云數(shù)據(jù)的簡單處理，利用 3DMine軟件實現(xiàn)地表三維模型建立及計量功能，建成的地表模型能真實表述現(xiàn) 場實景，其計量功能準確性較高。參考文獻1 BergMD， CheongO， KreveldMV， etal.計算幾何一算法與應用M.鄧俊輝，譯.北京：清華大學出版社，2009： 73 75.2喬治春，于美麗，賀廣德.采剝工程綜合運距的計算J .露天采煤 技術，2001 (3)： 17 18._3徐勇超，李苗苗，王亞文，等.霍林河南露天礦運距優(yōu)化口.露天采礦技術，2014 (3)： 33 35.王瑞，石瑞鵬，趙璇.伊敏露天礦自卸汽車運輸合理運距確定J .煤炭科學技術，2014，42 (S1)： 159 161.湯國安，劉