無接觸測(cè)量技術(shù)在大型露天礦采剝量驗(yàn)收中的應(yīng)用

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

2、成本是動(dòng)態(tài)變化的。尤其對(duì)采用單斗-汽 車間斷工藝的露天礦，運(yùn)輸成本受運(yùn)距變化的影響較大。當(dāng)某一時(shí)段采場和排棄 位置發(fā)生產(chǎn)變化時(shí)，物料的運(yùn)距也發(fā)生變化，隨之物料運(yùn)輸費(fèi)用也發(fā)生變化。運(yùn) 距的合理測(cè)算在露天礦生產(chǎn)經(jīng)營管理中具有極其重要的作用，除了能夠控制礦巖 生產(chǎn)總成本外，作為運(yùn)輸環(huán)節(jié)生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)參數(shù)，也會(huì)有效避免其它運(yùn)輸材料 (燃油、輪胎、潤滑油)的消耗量產(chǎn)生較大偏差。1研究背景露天礦山進(jìn)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(chǎn)成本急劇上升，經(jīng)濟(jì)效益迅速下滑的問題； 另一方面，對(duì)于金屬礦山而言，提高幫坡角是充分回收資源、降低生產(chǎn)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(dāng)前，極限平衡和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法被廣泛應(yīng)用到露天礦邊坡穩(wěn)定性分析中， 在最佳幫坡角條件下，進(jìn)一步降低礦山生產(chǎn)成本，提高礦山經(jīng)濟(jì)效益的另一個(gè)重 要手段就是進(jìn)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(dòng)態(tài)規(guī)劃法等。2設(shè)備與軟件固定翼無人機(jī)。采用安行飛控虎蝠固定翼航測(cè)無人機(jī)，該無人機(jī)機(jī)身長度 1. 2m，翼展1. 7m，飛機(jī)質(zhì)量3. 5kg，機(jī)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(shí)間7090min，單架次作業(yè)面積15km2，最 遠(yuǎn)通訊距離20km，抗風(fēng)能力約6級(jí)，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(jī)載相機(jī)為索尼A7R單反數(shù)碼相機(jī)，相機(jī)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(cè)距 1. 5m，最大測(cè)點(diǎn)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(diǎn)間距4mm，角 度精度80rad (1sigma)， 100mm處測(cè)距點(diǎn)位精度8mm (1sigma)，內(nèi)置傾 斜補(bǔ)償210，內(nèi)置2個(gè)500萬像素廣角相機(jī)。3DMine2017三維礦山軟件。該軟件是集地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)管理、礦床地質(zhì)建

5、模、構(gòu)造模型、傳統(tǒng)和現(xiàn)代地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算、露天及地下礦山采礦設(shè)計(jì)、三維建模、 工程量體積計(jì)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(chǔ)上具備 了依據(jù)點(diǎn)云進(jìn)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(jì)算及工具模塊下的閉合線裁剪”3個(gè)功能。3無接觸測(cè)量技術(shù)在大型露天礦采剝量驗(yàn)收中的應(yīng)用3.1工作流程采用固定翼無人機(jī)和掃描儀相結(jié)合的方法進(jìn)行露天礦采剝量驗(yàn)收測(cè)量，固定 翼無人機(jī)航測(cè)技術(shù)用于月度作業(yè)現(xiàn)場三維地形點(diǎn)云坐標(biāo)手機(jī)，掃描儀主要用于日 常跟蹤、外業(yè)資料的調(diào)繪及對(duì)無人機(jī)數(shù)據(jù)的檢核。3.2固定翼無人機(jī)航測(cè)及數(shù)據(jù)處理1）航線設(shè)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(fēng)向及測(cè)量區(qū) 域性狀等因素，按照南北方向布設(shè)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(duì)航高約為350400m，采用定點(diǎn)曝光方 式進(jìn)行攝影測(cè)量。本次航飛覆蓋面積約10. 5km2，有效面積5. 5km2。2）像控點(diǎn)布設(shè)。采用RTK技術(shù)進(jìn)行像控點(diǎn)測(cè)量，為了確保像控點(diǎn)的精度，根 據(jù)根點(diǎn)的測(cè)量要求進(jìn)行測(cè)量。每一個(gè)像控點(diǎn)獨(dú)立地觀測(cè)2次，當(dāng)平面較差小于 3cm、高程較差小于5cm時(shí)取平均值為像控點(diǎn)的坐標(biāo)。結(jié)合該區(qū)域地形特點(diǎn)，為 了滿足大比例尺測(cè)圖精度要求，橫跨4條基線布1個(gè)控制點(diǎn)，像控點(diǎn)要選在航向 及旁向6張圖像重疊范圍內(nèi)，在航線之間盡量公用。邊緣

7、像控點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在圖廓線 以外，以保證航測(cè)圖滿幅。整個(gè)測(cè)繪區(qū)域的控制點(diǎn)布設(shè)原則為：邊緣密布，測(cè)區(qū) 內(nèi)部均勻布點(diǎn)，從而保證整個(gè)測(cè)區(qū)的平差及成圖精度。3）航測(cè)及數(shù)據(jù)處理。首先對(duì)航飛照片進(jìn)行整理，通過導(dǎo)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(shè)置坐標(biāo)系統(tǒng)T初始化處理T刺像控 點(diǎn)T整體優(yōu)化，最后生成點(diǎn)云。3.3掃描儀日常跟蹤測(cè)量及數(shù)據(jù)處理通過設(shè)置新項(xiàng)目T設(shè)置掃描角度、測(cè)距模式及點(diǎn)密度T掃描T導(dǎo)出數(shù)據(jù)T新建 數(shù)據(jù)處理任務(wù)9導(dǎo)入點(diǎn)云數(shù)據(jù)并進(jìn)行自動(dòng)預(yù)處理T精配準(zhǔn)T坐標(biāo)轉(zhuǎn)換步驟，生成 點(diǎn)云圖。3.4采剝量計(jì)算在無人機(jī)進(jìn)行航測(cè)的同時(shí)，測(cè)量人員根據(jù)現(xiàn)場管理人員、采礦計(jì)劃人員、測(cè) 量員及施工方4

8、方確認(rèn)，確定計(jì)量范圍、分界及剝離物性狀，并結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn) 行外業(yè)調(diào)繪，主要調(diào)繪內(nèi)容包括作業(yè)范圍、作業(yè)隊(duì)伍、剝離物性狀，紅黏土界限， 在工作面平坦位置測(cè)量部分中間點(diǎn)用于無人機(jī)數(shù)據(jù)檢核。提取計(jì)量范圍內(nèi)的點(diǎn)云 數(shù)據(jù)在完成內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理后，根據(jù)外業(yè)調(diào)繪情況，利用3DMine工具模塊下的閉 合線裁剪功能對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪存儲(chǔ)。利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)及掃描儀數(shù)據(jù)對(duì)上月末數(shù) 據(jù)及模型進(jìn)行更新，根據(jù)兩期點(diǎn)云數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)繪施工范圍，利用3DMine 中表面模塊下的“體積計(jì)算”功能中的“三角網(wǎng)法”進(jìn)行體積計(jì)算。在露天礦山測(cè)量 中，受露天礦開采擾動(dòng)影響，測(cè)區(qū)地形復(fù)雜破碎，部分區(qū)域巖石陡峭、坡度大， 甚至測(cè)量人員難以抵達(dá)，測(cè)

9、量困難。使用無接觸測(cè)量模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的GPS、全站 儀等測(cè)量模式大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了工作效率，具有安全風(fēng)險(xiǎn)小、數(shù)據(jù)精 度高、成果直觀等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)語在露天礦采剝量驗(yàn)收工作中，利用航測(cè)無人機(jī)+三維激光掃描儀技術(shù)能夠快 速、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)采剝現(xiàn)場三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，且點(diǎn)云數(shù)據(jù)內(nèi)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(qiáng)。通過對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的簡單處理，利用 3DMine軟件實(shí)現(xiàn)地表三維模型建立及計(jì)量功能，建成的地表模型能真實(shí)表述現(xiàn) 場實(shí)景，其計(jì)量功能準(zhǔn)確性較高。參考文獻(xiàn)1 BergMD， CheongO， KreveldMV， etal.計(jì)算幾何一算法與應(yīng)用M.鄧俊輝，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2009： 73 75.2喬治春，于美麗，賀廣德.采剝工程綜合運(yùn)距的計(jì)算J .露天采煤 技術(shù)，2001 (3)： 17 18._3徐勇超，李苗苗，王亞文，等.霍林河南露天礦運(yùn)距優(yōu)化口.露天采礦技術(shù)，2014 (3)： 33 35.王瑞，石瑞鵬，趙璇.伊敏露天礦自卸汽車運(yùn)輸合理運(yùn)距確定J .煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42 (S1)： 159 161.湯國安，劉