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手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用

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矿山地下空间测量方案
地下开采所形成大量采空区安全隐患,普通测量方法已不能满足矿山对采空区管理和隐患治理的需求。精确的勘察采空区的空间位置,形态,变形观测,体积等三维立体的数据,科学科管理地下采空区,有效的提高安全生产。
由于地下采空区具有隐伏性强、空间分布特征规律性差、采空区顶板冒落塌陷情况难以预测等特点,因此,如何对地下采空区的分布范围、空间形态特征和采空区的冒落状况等进行量化评判,一直是困扰工程技术人员进行采空区潜在危害性评价及合理确定采空区处治对策的关键技术难题。 
传统的测绘勘察手段进行单点式与抽检式的测量,很容易丢失关键性的数据信息,新型的勘察技术手段将解决这些关键性的技术难题,为采空区的安全生产,安全性评价的可靠性,以及治理方案的合理性提供科学的依据。
手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,矿山地下空间测量方案,高精度矿山地下测量方案


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系统特点


解决方案
一、新型勘察技术

三维激光扫描技术又被称为实景复制技术,是一种全新的测量技术,它突破了传统的单点测量方法,具有高效率、高精度的独特优势,三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据,因此可以用于获取高精度高分辨率的数字模型。
SLAM三维激光扫描系统,最大的用途是可以进行实时移动式的测量,快速进行采空区的数据采集,其主要是依靠SLAM算法。SLAM三维激光扫描系统是由:激光扫描仪(Laser Scanner)、惯性测量单元(Inertial measurement unit,简称IMU)与SLAM算法(simultaneous localization and mapping)三个主要要素组成。
SLAM算法是这三大主要要素中最重要的,SLAM算法的好坏决定了解算出的移动轨迹的精准度,移动轨迹的精准度决定了空间场景三维数据的精准度。SLAM算法根据激光测距仪所获得三维数据中时间轴上共同的特征点加上IMU获取的姿态数据,进行实时解算设备从出发点移动的距离,角度信息,逆向的构建连续的空间场景数据。即被动式依据当前周围场景的数据实时计算出连续的空间数据。
经过大量的项目实验与技术革新,华测推荐使用手持式SLAM移动激光扫描系统——GeoSLAM ZEB-REVO RT。


华测导航手持式SLAM移动激光扫描系统GeoSLAM ZEB-REVO RT技术参数,手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用


手持式SLAM移动激光扫描系统GeoSLAM ZEB-REVO RT具备以下特点:

1、移动测量
设备可适用于各种环境,尤其是复杂及封闭的空间,无需GNSS。灵活的接口和放置方式使得ZEB-REVO可以手持、安装在无人机、机器人上,或者安装在杆上以探入孔洞。重量仅有1kg,手持即可扫描多层空间,并基于最高IP64的防护等级,设备可经受严苛环境的考验。


2、智能高效
ZEB-REVO具备内置WIFI模块,智能手机或平板连接该设备WIFI,即可通过网页进入控制界面,实时显示扫描点云,实时显示扫描轨迹,数据通过WIFI可直接下载,操作简单快捷。只要几分钟培训,任何人都可以操作ZEB-REVO,测点速率高达43000点/秒,快速生成3D BIM模型。


3、经济高效
传统方式十倍的效率获取并建模复杂环境数据,使您可以成功在最短时间内完成项目,无需间断。比传统测量方式或静态扫描仪更快的速度,大大节省您的测量时间。ZEB-REVO也是您已有扫描硬件的强有力补充,相互结合,使作业更高效。


二、项目实施流程

1、采空区路线规划及数据采集
根据测区实际情况,结合绝对坐标控制点,规划行走路径,避免重复扫描;对巷道进行扫描,获得高质量点云数据。
使用GeoSLAM ZEB-REVO RT手持式SLAM移动激光扫描系统进行井巷扫描,普通安卓设备,苹果设备,WIN设备均可连接ZEB REVO 所发射的WIFI,并控制,最终得到数据。


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采空区路线规划及数据采集,高效率采空区项目实施方案


通过向前移动的方式采集采空区的数据,设备的正前方会形成360°的球形扫描区域,从而完整的获取采空区的数据。


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,SLAM扫描系统应用于采空区的点云数据展示图,

点云数据


2、采空区数据处理

(1)二三维联动查看点云数据,并显示移动轨迹。


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采空区数据处理展示图


(2)采空区三维量测分析
实现对线路任意点距离量测、面积量测。能够直接精确测量出各点的坐标、高程、任意两点间空间距离、任意点高程等。


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采空区三维量测分析的数据自动拼接效果,

数据自动拼接效果

手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采空区三维量测分析的数据拼接精度展示图,数据拼接警服误差1公分

数据拼接精度误差1公分


(4)采空区绝对坐标转换

利用3个控制点把相对坐标转成绝对坐标,一定条件下可控制在5cm左右。


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采空区绝对坐标转换展示图

坐标转换


(5)采空区模型自动建模


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采空区模型自动建模展示图



项目实施流程

1、采空区体积计算
采空区体积计算可用于生产验收,采空区回填等,数据可直接导入矿山专用软件,快速计算采空区体积。


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采空区体积计算展示图

体积计算

与传统验收方式比较,激光扫描具有多方面的优势:


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采空区传统与激光扫描作业方式的对比图,优劣势展示图


利用三维激光测量技术,可为采场体积计算、核定采矿量及为采空区回填提供数据支持。经实际验证,可完全满足验收需求。对于人员难以进入或较危险区域,可实现远距离安全快速验收,数据精确可靠。


2、采空区安全监测和评价


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采空区安全监测和评价展示图


可通过多期的采空区数据进行对比,分析采空区的形变,可快速定位危岩体的位置,体积;可协助矿山安全、地质、生产等部门作出判断,进行安全的处置有效避免地质灾害的发生。

3、采矿设计与运维管理


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采矿涉及与运维管理中的设计图与真实的采空区模型

设计图与真实的采空区模型


依靠激光扫描获取的真实的三维采空区数据,避免了二维图纸或模拟的采空区模型对于真实的采空区的描述有误的地方,通过真实的三维采空区模型用作于采矿设计,回填,监测,管理等一体化的工作。


手持式SLAM移动激光扫描系统在矿山测量中的应用,采矿涉及与运维管理中的采空区模型展示图


4、数字化矿山

随着国家对安全指标不断提高和采空区调查治理的重视,单一的井下信息系统已经不能满足信息化建设的需要,而目前利用传统测绘技术所建立的虚拟矿山模型不能够完整反映出真实矿山的原貌,达不到自动化采矿、智能采矿的需求。华测的无人机激光雷达系统可获取矿山外部的地形数据,SLAM激光雷达系统获取矿山内部的数据,两者结合,打造真实的数字化矿山系统。 


四、总结

随着矿山开采,矿山空区安全问题日渐突出。如果处理不当,会对生产运营、回填治理、安全控制等多个方面产生影响,新型的激光测量技术,安全、高效、精确的获取空区数据,三维形态,并可量取所需的距离和计算截面积、体积等,从而能对现状及治理做出分析和判断,保障矿山的安全生产,科学有效的分析,管理空区。

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