一種用于測(cè)量礦山體積的三維掃描方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦山體積測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于測(cè)量礦山體積的三維掃描方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]礦山測(cè)量在礦山經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展中起著非常重要的作用，是關(guān)系礦山建設(shè)與礦山安全的重要工作，而礦山測(cè)量的數(shù)字化建設(shè)也是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
[0003]現(xiàn)有的礦山體積測(cè)量方法是采用GPS(中文名為全球定位系統(tǒng))與全站儀(全稱為全站型電子測(cè)距儀)相搭配使用，在待測(cè)區(qū)域采集地形特征點(diǎn)，通過軟件后處理，達(dá)到模擬地形的目的。
[0004]而在實(shí)際工作中，由于礦山開采過程中地形復(fù)雜，許多陡峭巖壁作業(yè)人員無法到達(dá)，特別是礦山采區(qū)陡峭巖壁的頂部等區(qū)域，作業(yè)人員是無法到達(dá)實(shí)際位置的，從而導(dǎo)致采集點(diǎn)數(shù)量、位置無法滿足要求，與實(shí)際地形存在一定誤差，模擬的測(cè)區(qū)地形模型精度低，從而降低了計(jì)算體積的精度。當(dāng)測(cè)量陡峭巖壁頂部等區(qū)域時(shí)，由于作業(yè)人員無法到達(dá)實(shí)際位置所產(chǎn)生的誤差如圖1所示，其中實(shí)際地形坡線I’與測(cè)量坡線2’之間的陰影部分為誤差陰影區(qū)3’。
[0005]此外，現(xiàn)有的GPS與全站儀搭配測(cè)量的方式，不僅測(cè)量效率低，而且作業(yè)人員安全受到威脅。
[0006]鑒于上述【背景技術(shù)】的缺陷，本發(fā)明提供了一種用于測(cè)量礦山體積的三維掃描方法及裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](一)要解決的技術(shù)問題
[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種用于測(cè)量礦山體積的三維掃描方法及裝置，利用三維面掃描技術(shù)可以高效、安全且高精度的完成礦山體積測(cè)量。
[0009](二)技術(shù)方案
[0010]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于測(cè)量礦山體積的三維掃描方法，包括如下步驟:
[0011]獲取由三維掃描儀所采集的礦山采區(qū)的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
[0012]根據(jù)所述原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)，確定所述原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的盲區(qū)位置數(shù)據(jù)；
[0013]將所述原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的盲區(qū)位置數(shù)據(jù)與原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)組合，形成完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
[0014]對(duì)所述完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，以建立與所述礦山采區(qū)的地形高度相符的三維模型；
[0015]從所述三維模型中提取在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
[0016]根據(jù)提取的所述完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)，計(jì)算所述預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的礦山采區(qū)體積。
[0017]進(jìn)一步的，所述獲取由三維掃描儀所采集的礦山采區(qū)的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)一步包括:根據(jù)布設(shè)于所述礦山采區(qū)上的多個(gè)站點(diǎn)，獲取由三維掃描儀所采集的礦山采區(qū)的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
[0018]進(jìn)一步的，所述確定原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的盲區(qū)位置數(shù)據(jù)，進(jìn)一步包括:根據(jù)補(bǔ)點(diǎn)或?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)差分法確定所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)的盲區(qū)位置數(shù)據(jù)。
[0019]進(jìn)一步的，所述對(duì)完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯以前，進(jìn)一步包括:清除所述完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的空間噪點(diǎn)，以劃定所述礦山采區(qū)的體積計(jì)算范圍。
[0020]進(jìn)一步的，所述清除完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的空間噪點(diǎn)，進(jìn)一步包括:根據(jù)過濾預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的所述完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以清除所述完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的空間噪點(diǎn)。
[0021]進(jìn)一步的，所述計(jì)算預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的礦山采區(qū)體積，進(jìn)一步包括:轉(zhuǎn)換所述預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)的格式，計(jì)算所述預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的礦山采區(qū)體積。
[0022]進(jìn)一步的，所述計(jì)算預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的礦山采區(qū)體積以后，進(jìn)一步包括:整理分析所述提取的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以確定填挖區(qū)域、劃定巖性分界線和平臺(tái)范圍，形成數(shù)據(jù)分析結(jié)果。
[0023]本發(fā)明還提供了一種用于測(cè)量礦山體積的三維掃描裝置，包括:
[0024]數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取由三維掃描儀所采集的礦山采區(qū)的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
[0025]盲區(qū)確定單元，用于根據(jù)所述原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)，確定所述原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的盲區(qū)位置數(shù)據(jù)；
[0026]數(shù)據(jù)組合單元，用于將所述原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的盲區(qū)位置數(shù)據(jù)與原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)組合，形成完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
[0027]數(shù)據(jù)編輯單元，用于對(duì)所述完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，以建立與所述礦山采區(qū)的地形高度相符的三維模型；
[0028]數(shù)據(jù)提取單元，用于從所述三維模型中提取在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
[0029]數(shù)據(jù)計(jì)算單元，用于根據(jù)提取的完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)，計(jì)算所述預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的礦山采區(qū)的體積。
[0030](三)有益效果
[0031]本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有以下有益效果:本發(fā)明的用于測(cè)量礦山體積的三維掃描方法將三維面掃描技術(shù)引入礦山體積測(cè)量工作中，通過包含盲區(qū)數(shù)據(jù)的完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集、處理、三維建模、數(shù)據(jù)提取與體積計(jì)算步驟，能實(shí)現(xiàn)被測(cè)區(qū)域非接觸快速掃描測(cè)量，并獲得完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)過后期處理，建立被測(cè)區(qū)域高精度的三維地形模型，從而精確的計(jì)算體積。本發(fā)明的用于測(cè)量礦山體積的三維掃描裝置包括數(shù)據(jù)獲取單元、盲區(qū)確定單元、數(shù)據(jù)組合單元、數(shù)據(jù)編輯單元、數(shù)據(jù)提取單元和數(shù)據(jù)計(jì)算單元。相比較于現(xiàn)有測(cè)量方式，本發(fā)明改變了復(fù)雜環(huán)境下作業(yè)人員安全無法保障的局面，而且在提高測(cè)量精度的同時(shí)，提高工作效率8倍以上，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量作業(yè)安全高效和測(cè)量數(shù)據(jù)精確的目的。
【附圖說明】
[0032]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的GPS與全站儀搭配測(cè)量礦山體積的方式對(duì)礦山采區(qū)的測(cè)量誤差示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的用于測(cè)量礦山體積的三維掃描方法的流程框架圖；
[0034]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的用于測(cè)量礦山體積的三維掃描裝置的結(jié)構(gòu)框架圖。
[0035]I’、實(shí)際地形坡線;2’、測(cè)量坡線;3’、誤差陰影區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0037]如圖2所示，該用于測(cè)量礦山體積的三維掃描方法包括如下步驟:獲取由三維掃描儀所采集的礦山采區(qū)的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù);根據(jù)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)，確定原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的盲區(qū)位置數(shù)據(jù);將原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的盲區(qū)位置數(shù)據(jù)與原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)組合，形成完整點(diǎn)云數(shù)據(jù);對(duì)完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，以建立與礦山采區(qū)的地形高度相符的三維模型；從三維模型中提取在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的完整點(diǎn)云數(shù)據(jù);根據(jù)提取的完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)，計(jì)算預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的礦山采區(qū)體積。
[0038]上述步驟中，點(diǎn)云數(shù)據(jù)是指由三維掃描儀采集的掃描資料以點(diǎn)的形式記錄，每一個(gè)點(diǎn)包含有三維坐標(biāo)，有些可能含有色彩資訊(以下簡(jiǎn)稱RGB值)或物體反射面強(qiáng)度。點(diǎn)云數(shù)據(jù)除了具有幾何位置以外，還有強(qiáng)度信息，強(qiáng)度信息的獲取是三維掃描儀憑借激光接受裝置采集到的回波強(qiáng)度，此強(qiáng)度信息與目標(biāo)的表面材質(zhì)、粗糙度、入射角方向、以及儀器的發(fā)射能量和激光波長(zhǎng)有關(guān)。
[0039]本實(shí)施例提供的用于測(cè)量礦山體積的三維掃描方法將三維面掃描技術(shù)引入礦山體積測(cè)量工作中，通過包含盲區(qū)數(shù)據(jù)的完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集、處理、三維建模、數(shù)據(jù)提取與體積計(jì)算步驟，能實(shí)現(xiàn)被測(cè)區(qū)域非接觸快速掃描測(cè)量，并獲得完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)過后期處理，建立被測(cè)區(qū)域高精度的三維地形模型，從而精確的計(jì)算體積，相比較于現(xiàn)有測(cè)量方式，改變了復(fù)雜環(huán)境下作業(yè)人員安全無法保障的局面，而且在提高測(cè)量精度的同時(shí)，提高工作效率8倍以上，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量作業(yè)安全高效和測(cè)量數(shù)據(jù)精確的目的。
[0040]該用于測(cè)量礦山體積的三維掃描方法具體包括如下步驟:
[0041]S1、站點(diǎn)布設(shè):在礦山上視野開闊的采區(qū)位置布設(shè)多個(gè)用于通過三維掃描儀采集數(shù)據(jù)的站點(diǎn)，以通過三維掃描儀獲取礦山采區(qū)的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù);其中，站點(diǎn)是按照1:500的地形圖上的圖根控制點(diǎn)布設(shè)要求進(jìn)行布設(shè)的，圖根控制點(diǎn)布設(shè)要求為《工程測(cè)量規(guī)范》GB5006-93，優(yōu)選利用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法(以下簡(jiǎn)稱RTK技術(shù))布設(shè)高精度三維掃描儀設(shè)站點(diǎn)，不僅能充分發(fā)揮其長(zhǎng)距離360°全景掃描的特點(diǎn)，而且有利于保證數(shù)據(jù)的高精度拼接，為了便于后續(xù)數(shù)據(jù)提取工作，本實(shí)施例的三維掃描儀對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的掃描間距為大于等于8cm，實(shí)地測(cè)量范圍約100米。
[0042 ] S2、數(shù)據(jù)采集:通過三維掃描儀對(duì)布設(shè)有所述站點(diǎn)的礦山采區(qū)進(jìn)行掃描，獲得由三維掃描儀所采集的礦山采區(qū)的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)，確定原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的盲區(qū)位置數(shù)據(jù)，將原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的盲區(qū)位置數(shù)據(jù)與原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)組合，形成完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
[0043]該三維掃描儀能通過激光獲得與激光點(diǎn)接觸的礦山采區(qū)的三維坐標(biāo)，以形成原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)獲取過程高效、精確并可靠;對(duì)于原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)的盲區(qū)位置的數(shù)據(jù)的確定和獲取，是通過查看控制手簿獲取原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)的盲區(qū)位置數(shù)據(jù)，通過補(bǔ)點(diǎn)或RTK技術(shù)完成原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)的盲區(qū)位置的數(shù)據(jù)采集，配合步驟SI中的利用RTK技術(shù)布設(shè)高精度三維掃描儀設(shè)站點(diǎn)，以保證點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精確拼接。
[0044]S3、數(shù)據(jù)處理:清除完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的空間噪點(diǎn)，以劃定礦山采區(qū)的體積計(jì)算范圍。
[0045]該步驟S3中還包括:S301、根據(jù)過濾預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的所述完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以清除所述完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的空間噪點(diǎn)，特別是針對(duì)完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的露天礦粉塵和機(jī)械噪音引起的數(shù)據(jù)偏差進(jìn)行過濾。本實(shí)施例中，針對(duì)露天礦粉塵大、大型開采機(jī)械噪聲的問題，可以優(yōu)選通過1-site軟件中設(shè)有的粉塵和雪狀物過濾功能、較低點(diǎn)地形過濾功能和縱剖面逐段過濾功能對(duì)