本發(fā)明涉及礦產(chǎn)開采技術(shù)領(lǐng)域中資源儲量評估方法，尤其涉及一種基于三維激光掃描技術(shù)與地質(zhì)技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮三維激光掃描技術(shù)優(yōu)勢的礦產(chǎn)資源消耗量評估方法。

背景技術(shù)：

更為精確的礦產(chǎn)資源消耗量評估方法對于礦區(qū)深部成礦預(yù)測、礦山探采對比研究、資源儲量動態(tài)檢測、采礦工程量驗收、礦山“三率”管理，以及非法采礦造成礦產(chǎn)資源儲量破壞價值評估等地質(zhì)工作的開展及成效具有重要意義。然而，由于礦山開采形成的開采區(qū)作業(yè)條件艱苦、危險，礦體動用范圍空間形態(tài)異常不規(guī)則、巖礦界面凸凹不平，以目前gpsrtk、全站儀等常規(guī)測量儀器采集有限數(shù)據(jù)構(gòu)建礦體簡單幾何形態(tài)直觀性差、工作效率低下，礦產(chǎn)資源消耗量評估結(jié)果往往與實際消耗量懸殊大，因此，需要借助現(xiàn)代先進測量技術(shù)對礦產(chǎn)資源消耗量評估方法進行科學(xué)改進。

三維激光掃描技術(shù)(3dlaserscanningtechnology)，又稱實景復(fù)制技術(shù)，是通過高速激光掃描測量方法，大面積、高分辨率地獲取測量對象表面點云數(shù)據(jù)，可以快速、大量地采集空間密集點空間三維坐標、反射率和紋理等信息，為線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)采集、三維模型建立提供了一種全新的技術(shù)手段。由于三維激光掃描作業(yè)的快速性、非接觸性，測量數(shù)據(jù)的高密度、高精度，成果資料的數(shù)字化、自動化等特性，為礦山開采中動用礦體形態(tài)數(shù)字模型建立及礦產(chǎn)資源消耗量評估提供了技術(shù)手段與研究方向。

由于礦產(chǎn)資源開采中動用礦體形態(tài)不規(guī)則，根據(jù)礦山開采形成的露天采坑或地下采空區(qū)，運用現(xiàn)代科技成果中三維激光掃描技術(shù)進行采區(qū)范圍掃描測量，再結(jié)合礦山地質(zhì)技術(shù)對采集的空間點云數(shù)據(jù)科學(xué)處理，為更為準確的礦產(chǎn)資源消耗量評估提供了可能。目前，通過空間數(shù)據(jù)采集、分析處理、數(shù)字建模、體積估算，實現(xiàn)礦產(chǎn)資源儲量科學(xué)評估，已經(jīng)成為數(shù)學(xué)地質(zhì)重要研究方向。

綜上所述，對于礦產(chǎn)資源消耗量評估工作，需要借助三維激光掃描技術(shù)發(fā)明新的礦體動用范圍測算方法，以提高礦產(chǎn)資源消耗量評估的效率和精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種基于三維激光掃描技術(shù)的礦產(chǎn)資源消耗量評估方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方法為：本發(fā)明提供了一種基于三維激光掃描技術(shù)的礦產(chǎn)資源消耗量評估方法中高密度連續(xù)均勻分布數(shù)據(jù)點空間范圍極限估算方法、采區(qū)范圍空間點云數(shù)據(jù)修正原則及方法，動用礦體形態(tài)點云數(shù)據(jù)空間分割方法，礦體區(qū)塊范圍空間點云數(shù)據(jù)的二次曲面擬合方法，實現(xiàn)了不連續(xù)點云數(shù)據(jù)空間范圍極限估算方法，將形態(tài)復(fù)雜的礦體動用范圍空間點云數(shù)據(jù)模型化、密集化、連續(xù)化，為礦產(chǎn)資源消耗量高效率、高精度評估目的的實現(xiàn)提供了可能。

本發(fā)明在提供一種基于三維激光掃描技術(shù)的礦產(chǎn)資源消耗量評估方法中，首先提供了一種高密度連續(xù)均勻分布數(shù)據(jù)點空間范圍極限估算方法，該方法是利用高密度連續(xù)均勻分布數(shù)據(jù)點構(gòu)建的空間范圍中心點與空間范圍上相鄰兩數(shù)據(jù)點連線長度近似相等、相鄰連線間夾角接近均值的特征，推導(dǎo)出不規(guī)則曲線上高密度連續(xù)均勻分布數(shù)據(jù)點圍成空間范圍的平面面積估算公式和立體體積估算公式：

其中ti是不規(guī)則面或不規(guī)則體中心點到空間范圍上任意數(shù)據(jù)點的連線長度。

本發(fā)明提供的一種基于三維激光掃描技術(shù)的礦產(chǎn)資源消耗量評估方法，該方法采用以下操作步驟。

(1)前期準備工作：包括收集礦產(chǎn)勘查階段地質(zhì)資料及礦山開采階段日常管理技術(shù)資料、組織專業(yè)人員作業(yè)現(xiàn)場實地考察、制定作業(yè)技術(shù)方案等。

(2)采區(qū)范圍空間點云數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)預(yù)處理：通過外業(yè)操作完成采區(qū)范圍數(shù)據(jù)掃描任務(wù)，通過內(nèi)業(yè)整理完成數(shù)據(jù)預(yù)處理，保存采區(qū)范圍原始空間點云數(shù)據(jù)。

(3)通過采區(qū)范圍空間點云數(shù)據(jù)修正建立動用礦體形態(tài)數(shù)據(jù)模型：根據(jù)礦山開采中采區(qū)貧化、損失、堆碴情況，對采區(qū)范圍原始空間點云數(shù)據(jù)進行技術(shù)調(diào)整，還原礦體實際動用范圍，建立動用礦體形態(tài)數(shù)據(jù)模型。

(4)通過動用礦體形態(tài)數(shù)據(jù)模型空間分割建立區(qū)塊形態(tài)數(shù)據(jù)模型：根據(jù)動用礦體形態(tài)及礦石類型質(zhì)量品位分布特征，對修正后的礦體動用范圍空間點云數(shù)據(jù)建立的動用礦體形態(tài)數(shù)據(jù)模型進行實體化處理，確定礦產(chǎn)資源消耗量估算中礦體動用形態(tài)的區(qū)塊劃分方案，利用分割切面方程空間位置關(guān)系，將礦體動用范圍空間點云數(shù)據(jù)過濾成若干個空間點云數(shù)據(jù)分布區(qū)域，以此建立區(qū)塊形態(tài)數(shù)據(jù)模型。

(5)建立數(shù)字曲面模型估算區(qū)塊截面對應(yīng)的模擬點云數(shù)據(jù)分布量：區(qū)塊形態(tài)數(shù)據(jù)模型中截面空間點云數(shù)據(jù)分布既不連續(xù)、也不均勻，無法采用高密度連續(xù)均勻分布數(shù)據(jù)點的空間范圍極限估算方法，為此需要采用二次曲面擬合法對截面空間點云數(shù)據(jù)模擬分布進行曲率擬合與密度擬合，通過模擬截面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)分布量實現(xiàn)區(qū)塊形態(tài)數(shù)據(jù)模型點云數(shù)據(jù)高密度分布的連續(xù)性、均勻性；首先用區(qū)塊截面輪廓線空間點云數(shù)據(jù)組(xjk、yjk、zjk)、區(qū)塊中心點o坐標數(shù)據(jù)估算出各截面面積sj、各截面到區(qū)塊中心點的距離lj，以此建立的標準球缺數(shù)字曲面模型，估算出區(qū)塊各截面對應(yīng)球缺模型半徑rj、球冠面積sj；然后根據(jù)各截面對應(yīng)球缺模型中的球冠面積與區(qū)塊外表面積sb(不包括截面積)建立半徑為r的標準球體數(shù)字曲面模型，再利用各截面對應(yīng)的球缺模型半徑、球冠面積及模擬點云數(shù)據(jù)分布量mj、區(qū)塊外表面空間點云數(shù)據(jù)組(xi、yi、zi)到中心點距離的長度ri、外表面積、點云數(shù)據(jù)分布量n的關(guān)系，估算出區(qū)塊形態(tài)上截面對應(yīng)的高密度連續(xù)均勻分布模擬點云數(shù)據(jù)總量∑mj。

(6)通過區(qū)塊形態(tài)模型拆解估算區(qū)塊范圍空間體積：根據(jù)區(qū)塊中心點與各截面輪廓線圍成的曲面，把整個區(qū)塊形態(tài)拆解成若干個與截面對應(yīng)的錐體和一個挖缺體，結(jié)合區(qū)塊截面面積和區(qū)塊中心點到各截面的距離，估算出區(qū)塊上各錐體體積vj；再采用曲面模型均分原理估算出區(qū)塊上挖缺體體積vw、各錐體與挖缺體間隙體積vg，從而估算出動用礦體中區(qū)塊范圍空間體積vq＝vw+∑vj+∑vg。

(7)礦體動用范圍礦產(chǎn)資源消耗量評估：根據(jù)動用礦體形態(tài)中區(qū)塊范圍空間體積及其礦石體重、質(zhì)量品位數(shù)據(jù)，估算礦山開采時各區(qū)塊消耗礦產(chǎn)資源礦石量及有益組分量，然后通過采區(qū)數(shù)理統(tǒng)計評估出礦體開采中動用范圍礦產(chǎn)資源的礦石及有益組分消耗總量。

本發(fā)明優(yōu)點是：通過三維激光掃描技術(shù)，能夠全面采集到礦山開采區(qū)范圍高密度連續(xù)均勻分布的空間點云數(shù)據(jù)；通過空間點云數(shù)據(jù)術(shù)修正、空間分割、數(shù)據(jù)過濾、二次曲面擬合等技術(shù)方法，建立點云數(shù)據(jù)模擬分布數(shù)字曲面模型；通過對區(qū)塊各截面對應(yīng)的模擬點云數(shù)據(jù)分布量估算，實現(xiàn)了采用高密度連續(xù)均勻分布數(shù)據(jù)點空間范圍極限估算方法對不連續(xù)不均勻分布空間點云數(shù)據(jù)構(gòu)建的區(qū)塊范圍空間體積進行估算，使礦山開采中動用礦體的礦產(chǎn)資源消耗量評估結(jié)果更為準確，與目前常規(guī)測量儀器測算法相比，本發(fā)明提供的評估方法精度與效率明顯提高。

附圖說明

圖1為不規(guī)則曲線上高密度連續(xù)均勻分布數(shù)據(jù)點圍成的平面范圍面積估算圖。

圖2為礦產(chǎn)資源消耗量評估流程圖。

圖3為采區(qū)范圍空間點云數(shù)據(jù)修正剖面示意圖。

圖4為礦體動用范圍點云數(shù)據(jù)空間分割示意圖。

圖5為區(qū)塊形態(tài)處理及點云數(shù)據(jù)分布模擬圖。

圖6為截面對應(yīng)標準球缺模型圖。

圖7為區(qū)塊對應(yīng)標準球體模型圖。

圖8區(qū)塊形態(tài)模型拆解示意圖。

具體實施方式

一般在礦產(chǎn)資源消耗量評估時，是根據(jù)勘查開采階段獲取的礦體動用范圍中各區(qū)塊平均厚度，再用常規(guī)儀器測量法獲取的有限的空間數(shù)據(jù)投影面積來估算區(qū)塊范圍空間體積、礦石量及有益組分量，然后統(tǒng)計出礦體動用范圍礦產(chǎn)資源消耗總量。由于該方法對礦體動用范圍的空間信息的采集是有限的、不連續(xù)的、不均勻的，無法全面反映開采階段礦體揭露空間范圍；另外該評估方法主要是在剖面圖、平面投影圖上進行，誤差大且費時費力。鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于三維激光掃描技術(shù)的礦產(chǎn)資源消耗量評估方法，可通過對礦體勘查開采階段地質(zhì)資料收集，采區(qū)范圍空間數(shù)據(jù)掃描采集、處理修正，動用礦體形態(tài)數(shù)據(jù)模型空間分割、數(shù)字建模，再利用極限方法實現(xiàn)礦體動用范圍空間體積的估算，進而對礦山開采中礦產(chǎn)資源消耗量做出評估，與現(xiàn)有方法比較作業(yè)效率與估算精度都有明顯提高。

本發(fā)明在提供一種基于三維激光掃描技術(shù)的礦產(chǎn)資源消耗量評估方法中，首先提供了一種高密度連續(xù)均勻分布數(shù)據(jù)點空間范圍極限估算方法，實現(xiàn)了對形態(tài)不規(guī)則的面、體空間范圍更為準確的估算，該方法包括下面內(nèi)容。

(1)高密度連續(xù)均勻分布數(shù)據(jù)點特征。

三維激光掃描測量技術(shù)發(fā)展實現(xiàn)了空間范圍高密度連續(xù)均勻分布數(shù)據(jù)點采集，由三維激光掃描技術(shù)優(yōu)點可知，直接利用三維激光掃描測量成果資料建立空間范圍數(shù)字模型具有重要特征：一是相鄰的空間范圍數(shù)據(jù)點與中心點連線長度近似相等，二是相鄰連線間夾角接近均值。

(2)不規(guī)則平面范圍。

由不規(guī)則曲線上高密度連續(xù)均勻分布數(shù)據(jù)點圍成的平面空間范圍，如圖1所示(平面范圍中心點1、曲線上數(shù)據(jù)點2、中心點到曲線上數(shù)據(jù)點連線3、曲線上相鄰兩數(shù)據(jù)點連線4、中心點與曲線上相鄰數(shù)據(jù)點連線間夾角5)，用平面范圍中心點o與曲線上相鄰兩個空間數(shù)據(jù)點(如a、b)把不規(guī)則平面范圍分成若干個三角形，再通過連續(xù)求和估算出不規(guī)則平面范圍的面積為：s不規(guī)則面＝∑[(titi+1sinθi)÷2]，再根據(jù)高密度連續(xù)均勻分布數(shù)據(jù)點特征可知，當曲線上的數(shù)據(jù)點高密度連續(xù)均勻分布時(即n→+∞,lim(ti-ti+1)＝0、lim[(sinθi)-θi]＝0、lim(sinθi)＝2π÷n，利用極限方法推導(dǎo)出不規(guī)則面面積估算公式：

(3)不規(guī)則立體范圍。

同上原理，由不規(guī)則曲面上高密度連續(xù)均勻分布數(shù)據(jù)點圍成的立體空間范圍，用立體范圍中心點與曲面上相鄰三個空間數(shù)據(jù)點把不規(guī)則立體范圍分成若干個三角錐體，利用極限方法可知當立體范圍外表曲面數(shù)據(jù)點高密度連續(xù)均勻分布時(即n→+∞),lim(ti-ti±1)＝0、lim(sinθi)＝lim[2sin(θi÷2)]、lim[(sinθi)-(sinθi±1)]＝0，由此可估算出不規(guī)則立體范圍表面積為體積為

再由不規(guī)則立體范圍的特例情況下呈標準圓球體時(即ti＝t、θi＝θ)，不規(guī)則立體范圍表面積為可知，在n→+∞時，lim(θi-θ)＝0、lim(sin由此可推導(dǎo)出不規(guī)則體表面積及體積估算公式：

本發(fā)明提供的一種基于三維激光掃描技術(shù)的礦產(chǎn)資源消耗量評估方法，如圖2，該技術(shù)方法步驟包括：

s1、前期準備工作；

s2、采區(qū)范圍空間點云數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)預(yù)處理；

s3、通過采區(qū)范圍空間點云數(shù)據(jù)修正建立動用礦體形態(tài)數(shù)據(jù)模型；

s4、通過動用礦體形態(tài)數(shù)據(jù)模型空間分割建立區(qū)塊形態(tài)數(shù)據(jù)模型；

s5、建立數(shù)字曲面模型估算區(qū)塊截面對應(yīng)的模擬點云數(shù)據(jù)分布量；

s6、通過區(qū)塊形態(tài)模型拆解估算區(qū)塊范圍空間體積；

s7、礦體動用范圍礦產(chǎn)資源消耗量評估。

所述的步驟s1中，前期準備工作，該步驟包括下面內(nèi)容。

(1)資料收集。

收集礦產(chǎn)勘查及礦山開采中礦體品位、厚度、資源儲量，采區(qū)剝離、采幅、貧化、損失等基礎(chǔ)地質(zhì)資料，還要收集礦山開采中以往采區(qū)范圍空間測量數(shù)據(jù)資料。

(2)實地考察。

了解采區(qū)的環(huán)境條件、安全條件、開采技術(shù)條件、礦體頂?shù)装彘_采程度，采區(qū)范圍、作業(yè)狀態(tài)、堆碴情況。

(3)制定方案。

設(shè)計掃描精度、站點布設(shè)與標靶布設(shè)，繪制掃描計劃草圖，標注站點與標靶位置、記錄采區(qū)基本信息，并對架設(shè)標靶的控制點進行常規(guī)測量。

所述的步驟s2中，采區(qū)范圍空間點云數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)預(yù)處理，該步驟包括下面內(nèi)容。

(1)數(shù)據(jù)采集。

1)依據(jù)掃描作業(yè)方案，將儀器架設(shè)在指定位置，將反光標靶也放到設(shè)計位置上。

2)啟動并調(diào)整儀器，完成儀器激光的對中與整平；根據(jù)采區(qū)情況確定掃描范圍，按成果數(shù)據(jù)資料的精度需要對儀器掃描分辨率及點云數(shù)據(jù)質(zhì)量進行設(shè)置，然后開始第1站點掃描作業(yè)。

3)站點作業(yè)完成后關(guān)閉儀器，移到第2個站點繼續(xù)上述作業(yè)流程。

4)完成第2站掃描后，將標靶設(shè)置到2、3站間公共區(qū)域，重新掃描標靶才算完成本站作業(yè)。

5)重復(fù)以上作業(yè)流程，直到完成各站點的數(shù)據(jù)采集。

注意：掃描作業(yè)時，開采作業(yè)必須停止，控制人員移動，清除儀器前方遮擋物；掃描時還應(yīng)及時測量作業(yè)現(xiàn)場溫度。

(2)數(shù)據(jù)預(yù)處理。

1)數(shù)據(jù)預(yù)處理包括標靶中心點坐標數(shù)據(jù)提取，點云數(shù)據(jù)拼接，去噪、抽稀，坐標轉(zhuǎn)換及特征信息提取等，全部由儀器自帶配套軟件來完成。

2)首先在軟件中擬合計算出各站間公共標靶的中心坐標作為基準點，通過這些基準點將各站點采集的點云數(shù)據(jù)拼接起來，并將其整合在礦山統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)中。

3)其次要刪除采集到的多余噪聲點，并進行點云數(shù)據(jù)抽稀處理。

4)第三，變換其坐標原點，使其位于計量板上定位標靶的中心處。

5)最后將處理過的采區(qū)空間點云數(shù)據(jù)(xi、yi、zi)以txt格式導(dǎo)出存盤。

注意：如果本次所采集的點云數(shù)據(jù)不能構(gòu)建封閉的采區(qū)范圍空間數(shù)據(jù)模型，還需要與以往采集的空間數(shù)據(jù)進行配準、拼接，如開采區(qū)是露天采坑，還應(yīng)收集開采前的原始地形地貌測量成果數(shù)據(jù)資料。

所述的步驟s3中，通過采區(qū)范圍空間點云數(shù)據(jù)修正建立動用礦體形態(tài)數(shù)據(jù)模型，如圖3，該步驟包括下面內(nèi)容。

(1)在礦體開采作業(yè)中無法按照礦體產(chǎn)出形態(tài)完整采出來，會出現(xiàn)因頂?shù)装寰植砍稍斐蓢鷰r混入礦石中的貧化現(xiàn)象，也會出現(xiàn)因頂?shù)装寰植繘]有采透、安全礦柱預(yù)留等造成礦石無法回收的損失現(xiàn)象，如圖3所示(圍巖1、礦體2、礦體界線3、采區(qū)范圍線4、鉆探取樣孔5、礦體可回收暫時損失部分6、超采圍巖7、礦體永久損失部分8、采區(qū)跟蹤管理取樣線9)。

(2)數(shù)據(jù)修正原則。

1)對于礦體開采過程中圍巖超采部分，礦體頂?shù)撞可倭繗埩簟⒌V柱永久占用等礦體不可回收部分，把這部分礦體納入礦體動用范圍處理，對采區(qū)范圍空間點云數(shù)據(jù)進行修正。

2)對于開采過程中沒有采透的礦體、臨時性礦柱，其規(guī)模、屬性仍然能夠滿足礦山后期回采、殘采要求，屬于可回收利用的暫時性損失，這部分礦體不納入礦體動用范圍，采區(qū)范圍空間點云數(shù)據(jù)不予修正。

3)對于采區(qū)內(nèi)存在的礦碴堆積情況，根據(jù)前期準備階段中現(xiàn)場實地考察時碴堆位置、規(guī)模、高度等數(shù)據(jù)記錄，結(jié)合礦體在該部位的賦存狀況，對采區(qū)范圍空間點云數(shù)據(jù)進行修正。

(3)上述過程可通過地理信息系統(tǒng)實現(xiàn)，將步驟s2中導(dǎo)出的txt格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)，根據(jù)收集的礦山以往勘探、開采期礦體取樣成果地質(zhì)資料，按片區(qū)單元對采區(qū)范圍空間點云數(shù)據(jù)進行修正，還原礦體動用范圍的真實狀態(tài)，從而建立動用礦體形態(tài)數(shù)據(jù)模型。最后將修正的空間點云數(shù)據(jù)(xi修、yi修、zi修)以txt格式導(dǎo)出。

所述的步驟s4中，通過動用礦體形態(tài)數(shù)據(jù)模型空間分割建立區(qū)塊形態(tài)數(shù)據(jù)模型，該步驟包括下面內(nèi)容。

(1)實體化處理。

1)由于礦體的礦化不均勻性、開采工程地質(zhì)條件差異性、開采技術(shù)手段落后等因素的影響，利用礦體動用范圍空間點云數(shù)據(jù)建立的數(shù)據(jù)模型在形態(tài)上表現(xiàn)為參差不齊的不規(guī)則內(nèi)空體，即中心點與范圍的界面點連線存在穿出界面的現(xiàn)象。

2)為了實現(xiàn)不規(guī)則內(nèi)空體體積估算，需要對其進行實體化處理，把參差不齊的母體分離成若干個凸形子體，即子體中心點到子體界面任意空間點的連線都是唯一的，如圖4所示(動用礦體形態(tài)數(shù)據(jù)模型1、動用礦體形態(tài)范圍2、空間分割切面3、截面4、截面輪廓線5)。

(2)數(shù)據(jù)模型空間分割。

1)空間分割。

根據(jù)礦體動用范圍建立的空間形態(tài)數(shù)據(jù)模型，結(jié)合礦體中礦石類型及品位質(zhì)量分布情況，設(shè)計礦產(chǎn)資源消耗量估算區(qū)劃方案，確定動用礦體形態(tài)數(shù)據(jù)模型分割部位，通過現(xiàn)場測定或直接在設(shè)計分割截面輪廓線上提取空間特征數(shù)據(jù)點三維坐標數(shù)據(jù)，以此解算出礦體動用范圍點云數(shù)據(jù)空間分割切面方程ajx+bjy+cjz+dj＝0的參數(shù)aj、bj、cj、dj值。

2)數(shù)據(jù)過濾。

利用各切面方程空間位置關(guān)系對礦體動用范圍空間點云數(shù)據(jù)進行過濾，獲得若干個空間點云數(shù)據(jù)分布區(qū)域，用這些點云數(shù)據(jù)圍成的區(qū)域范圍建立動用礦體形態(tài)數(shù)據(jù)模型中的區(qū)塊形態(tài)數(shù)據(jù)模型。

所述的步驟s5中，建立數(shù)字曲面模型估算區(qū)塊截面對應(yīng)的模擬點云數(shù)據(jù)分布量，該步驟包括下面內(nèi)容。

(1)處理方法。

經(jīng)空間分割、數(shù)據(jù)過濾后形成的區(qū)塊范圍空間點云數(shù)據(jù)分布既不連續(xù)也不均勻，為此需要采用二次曲面擬合法對區(qū)塊上的空間點云數(shù)據(jù)分布進行高密度連續(xù)均勻性模擬處理，估算出在相應(yīng)曲率下與區(qū)塊外表面實際空間點云數(shù)據(jù)分布密度條件下各截面對應(yīng)的模擬點云數(shù)據(jù)分布量mj，以實現(xiàn)采用極限方法進行區(qū)塊范圍空間體積估算時需要滿足的空間點云數(shù)據(jù)條件要求。

(2)數(shù)據(jù)分組。

1)礦體形態(tài)數(shù)據(jù)模型空間分割后，區(qū)塊上各截面的空間點云數(shù)據(jù)僅分布在輪廓線上，而截面內(nèi)部卻沒有空間點云數(shù)據(jù)分布，出現(xiàn)點云數(shù)據(jù)分布不連續(xù)不均勻的現(xiàn)象，如圖5所示(區(qū)塊中心點1、外表面上數(shù)據(jù)點2、截面3、截面廓線上數(shù)據(jù)點4)。

2)為了實現(xiàn)對區(qū)塊上各截面空間點云數(shù)據(jù)分布進行高密度連續(xù)性均勻性模擬處理，首先需要提取區(qū)塊范圍空間點云數(shù)據(jù)中構(gòu)成截面輪廓線的點云數(shù)據(jù)，依據(jù)區(qū)塊的空間范圍數(shù)據(jù)點距離前述的空間分割切面距離的遠近，運用空間任意點到平面的距離公式：

v值根據(jù)三維掃描儀在數(shù)據(jù)采集時精度設(shè)置與平均測距確定，將區(qū)塊范圍空間點云數(shù)據(jù)分成區(qū)塊外表面空間點云數(shù)據(jù)組(xi、yi、zi)和各截面輪廓線空間點云數(shù)據(jù)組(xjk、yjk、zjk)。

3)統(tǒng)計區(qū)塊外表面空間點云數(shù)據(jù)分布量n，各截面輪廓線空間點云數(shù)據(jù)分布量fj。

(3)建立球缺數(shù)字曲面模型實現(xiàn)區(qū)塊截面對應(yīng)模擬數(shù)據(jù)點連續(xù)性分布的曲率擬合。

1)區(qū)塊形態(tài)處理。

為了能夠采用極限方法進行區(qū)塊范圍空間體積估算，需要以區(qū)塊中心與截面為基礎(chǔ)，建立球缺截面與區(qū)塊截面形態(tài)一致的球缺數(shù)字曲面模型，可實現(xiàn)在球冠曲面上進行模擬點云數(shù)據(jù)的連續(xù)分布，如圖5所示(球缺截面5、球缺截面中心點6、球冠7、球冠模擬數(shù)據(jù)點8)，各截面對應(yīng)的球缺模型與區(qū)塊模型完全是可拼接的，拼接后的區(qū)塊在形態(tài)上具備了連續(xù)性。

2)標準化處理。

由于區(qū)塊上截面形狀的不規(guī)則性，所建立的球缺模型在數(shù)理統(tǒng)計中無法與其它截面及區(qū)塊外表面模型統(tǒng)一對比研究，為了實現(xiàn)建立的截面對應(yīng)球缺模型與區(qū)塊模型拼接后的曲面模型具有統(tǒng)一性，需要對上述球缺模型進行標準化處理，通過對區(qū)塊及截面形態(tài)數(shù)據(jù)信息應(yīng)用實現(xiàn)區(qū)塊截面對應(yīng)模擬數(shù)據(jù)點連續(xù)性分布時標準球缺模型與區(qū)塊形態(tài)數(shù)據(jù)模型的曲率擬合。應(yīng)用區(qū)塊中心點o到截面距離lj、截面面積sj作為球缺參數(shù)解算出球缺半徑rj，以實現(xiàn)各截面對應(yīng)曲率標準球缺模型的建立，如圖6所示(標準球缺1、與區(qū)塊截面積相等的球缺截面2、區(qū)塊中心點到截面距離線3、區(qū)塊中心點4、球缺半徑5、球缺截面半徑6)。

3)數(shù)據(jù)計算。

區(qū)塊中心點o的空間數(shù)據(jù)坐標(x0、y0、z0)可通過均值公式解算，中心點到各截面的距離長度

區(qū)塊各截面中心點oj空間坐標數(shù)據(jù)(xj0、yj0、zj0)可通過均值公式解算，此中心點到截面輪廓線上數(shù)據(jù)點的連線距離長度

截面輪廓線上點云數(shù)據(jù)分組是根據(jù)v值擬合而來，即截面輪廓線上數(shù)據(jù)點實際分散在切面以外距離v范圍內(nèi)，在進行區(qū)塊截面面積估算時需要對rjk進行調(diào)平修正，修正后的連線長度

由于采用了三維激光掃描技術(shù)，截面輪廓線上點云數(shù)據(jù)分布是高密度連續(xù)性的，可采用極限方法進行區(qū)塊各截面面積估算

根據(jù)球缺截面積與區(qū)塊截面積sj相等，可解算出標準球缺截面半徑再結(jié)合區(qū)塊中心點到截面的距離lj，再以下列公式解算出區(qū)塊各截面對應(yīng)的標準球缺半徑、球冠面積：

sj＝2πrj(rj-lj)(5)。

(4)建立球體數(shù)字曲面模型實現(xiàn)區(qū)塊截面對應(yīng)模擬數(shù)據(jù)點均勻分布的密度擬合。

1)建立球體模型。

為了實現(xiàn)區(qū)塊截面對應(yīng)模擬數(shù)據(jù)點均勻分布的密度擬合，需要用區(qū)塊外表面數(shù)據(jù)點、截面對應(yīng)模擬數(shù)據(jù)點在等密度分布時與區(qū)塊中心點連線長度平均值建立半徑r的球體數(shù)字曲面模型，如圖7所示(區(qū)塊中心點1、區(qū)塊外表面2、區(qū)塊截面3、標準球體模型中心點4、球體模型半徑5、球體截面6、球冠7、球缺8)，設(shè)定區(qū)塊上各截面對應(yīng)標準球缺的球冠模擬數(shù)據(jù)點分布量為mj，截面對應(yīng)標準球缺的球冠模擬數(shù)據(jù)點分布總量即為∑mj。

2)數(shù)據(jù)計算。

根據(jù)區(qū)塊中心點o與區(qū)塊外表面上各個空間數(shù)據(jù)點的連線距離長度可推導(dǎo)出建立的球體數(shù)字曲面模型半徑長度需要滿足的條件公式：

為了實現(xiàn)截面對應(yīng)模擬數(shù)據(jù)點與區(qū)塊外表面實際數(shù)據(jù)點的均勻分布的密度擬合，球體數(shù)字模型需要滿足球體面積等于區(qū)塊外表面積、各截面對應(yīng)標準球缺的球冠面積之和，以及點云數(shù)據(jù)在球面上等密度分布的條件公式：

為了實現(xiàn)區(qū)塊各截面對應(yīng)模擬數(shù)據(jù)點的密度擬合，各截面對應(yīng)標準球缺的球冠模擬數(shù)據(jù)點需要滿足密度相等的條件公式：

根據(jù)以上三個條件方程式，結(jié)合區(qū)塊外表面實際空間點云數(shù)據(jù)分布量n，區(qū)塊各截面對應(yīng)的標準球缺半徑rj、球冠面積sj，可解算出區(qū)塊各截面對應(yīng)的模擬點云數(shù)據(jù)分布總量∑mj。

s6、通過區(qū)塊形態(tài)模型拆解估算區(qū)塊范圍空間體積，該步驟包括下面內(nèi)容。

(1)區(qū)塊形態(tài)拆解。

利用空間分割切面方程過濾后形成的空間點云數(shù)據(jù)組所建立的區(qū)塊空間范圍，用區(qū)塊中心點o與各截面輪廓線構(gòu)建的曲面，可以將區(qū)塊空間范圍分解成若干個與截面對應(yīng)的錐體與一個挖缺體，如圖8所示(區(qū)塊中心點1、區(qū)塊外表面2、拆解前區(qū)塊截面3、錐體底面4、錐體側(cè)面5、挖缺體6)。

(2)錐體體積估算。

區(qū)塊拆解后與各截面對應(yīng)的錐體體積，可根據(jù)前面求得的區(qū)塊各截面面積sj、區(qū)塊中心點到該截面的距離lj，運用錐體體積公式對區(qū)塊各截面對應(yīng)錐體體積估算：

(3)挖缺體體積估算。

由于采用了三維激光掃描技術(shù)，可根據(jù)區(qū)塊外表面上高密度連續(xù)性均勻分布的空間點云數(shù)據(jù)分布量n，結(jié)合二次曲面擬合法對區(qū)塊各截面模擬處理后估算的對應(yīng)點云數(shù)據(jù)分布總量∑mj，利用點云數(shù)據(jù)分布量空間占比關(guān)系對挖缺體進行體積進行估算，采用曲面模型均分法進行區(qū)塊挖缺體的體積估算：

(4)錐體與挖缺體間隙體積估算。

由于截面輪廓線上數(shù)據(jù)點在空間數(shù)據(jù)分組時采用的是距離擬合法，在截面面積估算時又采用了調(diào)平修正，導(dǎo)致區(qū)塊截面輪廓線上有fj個點云數(shù)據(jù)信息沒有參與到區(qū)塊范圍空間體積估算中，同樣采用曲面模型均分法對各錐體與挖缺體間隙進行體積估算：

(5)區(qū)塊范圍空間體積估算。

區(qū)塊范圍空間體積等于挖缺體、各錐體及其間隙體積總和：

vq＝vw+∑vk+∑vg(12)。

s7、礦體動用范圍礦產(chǎn)資源消耗量評估，該步驟包括下面內(nèi)容。

(1)根據(jù)動用礦體形態(tài)及礦體中礦石類型質(zhì)量分布情況劃分的區(qū)塊范圍空間體積，結(jié)合區(qū)塊范圍內(nèi)礦石體重與質(zhì)量品位數(shù)據(jù)，評估出礦體開采中區(qū)塊范圍所消耗礦產(chǎn)資源礦石量及有益組分量。

(2)重復(fù)以上步驟，估算出礦山開采中礦體動用范圍內(nèi)各區(qū)塊所消耗礦產(chǎn)資源礦石量及有益組分量，然后通過數(shù)理統(tǒng)計評估出礦山企業(yè)開采中礦產(chǎn)資源的消耗總量。

應(yīng)當指出，上述具體實施方式是用來更好地解釋說明本發(fā)明，并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的任何修改和變動，都會落入本發(fā)明的保護范圍。