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金属矿三维数字化 — 应用产品ZEB-REVO 、TRW

项目背景


在贵重金属矿的运营中,越来越注重数字化管理。使用达索Geovia Surpac等矿业软件可以帮助矿业工作者评估矿床储量,规划高效率的采掘方案。

显示品位块体模型与钻孔数据的矿体线框模型

传统的工作流程中,使用全站仪在地下巷道中测量有限的点,然后在Surpac中手动将点连接起来构成DTM模型供后期分析使用。这种工作流程主要存在以下问题:

  1. 地下巷道地形狭窄通视性差,全站仪作业很不方便;
  2. 全站仪测得的点是有限的,而巷道地貌复杂,通过全站仪测点构建的DTM和真实的地貌相比,有着很大的概括误差;
  3. 将全站仪点导入Surpac后,需要人工将这些点连接起来,工作量非常大,有时还会出现连接错误。

针对这些问题,我司提出了一种完美的解决方案。使用GeoSLAM移动式扫描仪,快速测量地下巷道的复杂环境;使用Trimble RealWorks制作出精准的DTM模型。

技术优势


  • 体积小,重量轻,仅重3.5kg ,手持式 GEO-REVO 可在多种复杂环境下快速部署并进行工作。
  • 无需 GPS 与繁琐操控,一键式运行,大大降低对操作人员专业性的要求。
  • 单人作业,无需传统测量方式两人一组,费时费力。
  • 改变传统测量方式,采集所有现场数据,使数据成果有可追溯性。
  • 采集数据,可生成多样化成果,一次采集,可适用于多次分析。
  • 测量精度高,数据更准确,将现场搬回办公室,对任意位置进行量测。
  • 质检更方便,原始数据进行留存,随时作为检验依据。

软件简介


Trimble Realworks是专为当今各种扫描专业应用来设计的、功能强大的办公软件,可从各种三维激光扫描仪导入丰富的数据并将其转换为引人注目的三维成果。

  • 配准、可视化、浏览、管理任何扫描仪点云数据
  • 管理、处理和分析大数据集
  • 无标靶自动配准,生成报告
  • 集成来自Trimble GNSS、全站仪和3D数据
  • 导出CAD设计包
  • 发布项目数据包供单独浏览、测量、注解
  • 5个版本适应不同应用场景

解决方案


外业流程

开始扫描前,先将定制的铁皮框架放置在巷道顶部的控制点正下方,利用铅锤线使控制点与框架的顶角对齐。然后使用激光测距仪快速测量控制点到框架的垂距,换算出框架顶角的真实坐标。每隔400米放置一个框架即可。

使用铅锤绳将控制点从巷道顶部引下来

巷道扫描分两种情况。对于很长的单向巷道,每次从一个控制点走到另一个控制点,只走一遍;对于闭合的环形巷道,可以从一个控制点出发后绕一圈,回到出发点形成一个闭合环。总体来说,建议每次扫描首尾都有控制点。

使用ZEB-REVO扫描地下巷道

内业流程

点云处理使用 Trimble RealWorks(以下简称 TRW)。软件可以快速将 ZEB-REVO 测站拼接到一起。下图每种颜色分别代表一次扫描。

拼接好的巷道点云

使用 TRW 的室内自动分类功能,可以快速将巷道内的载具、管线、人员点云剔除,获取纯净的巷道数据,便于后期构建 DTM 模型。

巷道点云自动分类,剔除噪点(黄色部分)

地理坐标转换

在TRW中使用地理坐标转换工具,提取出现场扫描到的铁皮框架角点,并赋予真实的地理坐标,完成坐标系的转换。

地理坐标转换残差

精度验证

现场使用全站仪测量了巷道,并在Surpac中连接成DTM模型并导出。在RealWorks中将全站仪DTM和GeoSLAM采集的点云进行了对比。两分数据完全契合,误差全部小于0.5m.(全站仪的测点间隔为2m左右,因此可能会忽略一些细节)证明GeoSLAM数据精度可靠。

DTM模型构建

使用TRW的创建三角网工具,快速生成合格的DTM模型。在生成DTM之前,可以根据项目实际情况,对点云进行采样抽稀。以下分别展示不同采样率的DTM效果。

0.2m采样率的巷道DTM
0.2m采样率的巷道DTM内部结构
0.05m采样率的巷道DTM内部结构
0.2m采样率的采场DTM

制作封闭实体模型

在进行储量分析或开采量分析之前,首先要将DTM模型制作成封闭实体并排除所有节点拓扑错误。这一工作可以在Geomagic studio或Surpac中完成。得到封闭实体并验证拓扑错误为0时,即可将模型导出为DXF格式,输入到Surpac中去做分析。

在geomagic中将DTM制作成闭合整体,并检查拓扑错误为0

其他应用——堆料体积计算

使用ZEB-REVO快速扫描矿区的堆料,进行土方计算。比全站仪测量更加高效精确。现场全站仪实测为 590立方米,ZEB-REVO实测为 618 立方米。我们认为 SLAM 数据细节更丰富,结果更加可靠。

其他应用——天井扫描

对150中断的天井进行了扫描。并与120中断的全站仪数据进行了对比,判断出150天井高度已经超过120平面,并测算出了天井距离巷道的平面距离,对施工有着指导意义,得到甲方认可。

项目总结

1.数据采集快速便携:

对于封闭狭窄的地下巷道,全站仪、架站式扫描仪均会收到现场环境通视性的影像,作业效率低。而背包式移动扫描仪在这种环境中显得太笨重,其搭载的GPS也无法接受到信号。来自英国的GeoSLAM公司成功将SLAM数据和惯性导航单元IMU结合在一起,发布了ZEB-REVO这款地下空间扫描神器。这款设备小巧轻便,应用形式多样(可手持、可挂在载具上、可安装在延长杆上、可安装在遥控履带车上)成为饿了巷道扫描的不二之选。

2.完整的内业工作流:

Trimble RealWorks(TRW)能够快速将GeoSLAM导出的las点云拼接到一起,并完成地理坐标转换、噪点删除、点云采样、DTM模型封装等一系列操作。生产出的数据成果可直接加载到Surpac矿业分析平台中。整个数据生产过程简洁高效,数据质量能够得到有效保证。

3.数据应用功能丰富

TRW拥有强大的点云编辑和分析功能,除了生成DTM模型之外,还能进行矿区堆料体积计算、巷道空间结构三维分析、定期开采量分析等操作。