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解决方案
蜂鸟露天矿工程测量解决方案

1. 项目背景

项目位于内蒙古锡林郭勒盟西北部的苏尼特左旗(简称东苏旗),该地日照充足,降水少,多强风。目标测区为露天矿区,当日风速最大为6m/s且落差大于150m。

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露天矿现场


因生产需要,有关部门要求在不影响矿区正常作业的情况下迅速测得当期矿体的开挖量,并提交精度合格的矢量数据成果为数字矿区的建设积累详实的数据基础。


2. 工作内容

本项目工作内容包括以下几点:

1) 通过激光雷达扫描作业后提交客户坐标系下的点云数据。

2) 提交精度合格的矿区DEM和DLG成果。

3) 利用客户提供的基准面数据得出当期矿体的开挖量。



3. 项目难点

目标测区长约3km,宽约0.6km等;通过实地踏勘,发现本项目有以下难点:

1) 测区高差大,150m的落差;

2) 测区风力速不稳定,当日风速最大为6m/s;

3) 测区磁场干扰;


3. 作业方案

本次作业采用北科天绘蜂鸟 Genius 微型无人机LiDAR系统;其体积小、重量轻、模块化的集成设计不但具有多平台的通用性更是兼具高测程和高精度与一身,系统及其核心指标如下所示:


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蜂鸟 Genius 微型无人机LiDAR系统

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4. 外业实施

4.1 航线规划

按照数据要求对测区进行航线规划,如下图所示:

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航线示意图


4.2 飞行作业

项目采用PPK的差分解算技术,因此在测区需架设地面基站用于采集静态GNSS数据;设备架设在已知点位、采样间隔为1S、观测角为15°、观测时间段应完全涵盖激光雷达作业的时间段且留用冗余。

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设备起飞作业


系统调试完成后,开始扫描作业。技术员确认设备运行状态正常后系统自动执行采集程序,要求起飞前和落地后均应静止观测5分钟,且起飞后在空中进行惯导激活的飞行操作,之后进入工程航线。外业完成数据采集时应检查原始数据的保存情况,若无误即可结束外业工作。

5. 数据处理 

5.1 数据预处理

将基站数据与飞行轨迹数据在PosPac软件中进行后差分融合处理,生成高精度的轨迹姿态数据,然后利用点云解码软件UI-RFan解算输出LAS格式点云数据。经过统计数据质量如下所示:

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点云数据


5.2 数据后处理

5.2.1 点云分类

得到原始点云数据后在TerraSolid中对点云进行裁切,去噪和地面点分类。分类时首先进行自动化分类,然后再进行人机交互的精细分类。分类后的点云数据下图所示:

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分类后的点云数据


5.2.2 数字成果制作

利用完成分类的点云在TerraSolid中可一键生成指定格式的数字模型文件,并可利用人机交互的操作界面对模型进行精细化编辑。

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数字高程模型DEM


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数字表面模型DSM


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数字线画图DLG


5.2.3 开挖量计算

在3D Mine 软件中计算开挖方量,先要确认基准标高面,测区实际表面和计算范围线。范围线和和基准标高面由客户提供,其中基准标高面作为体积计算的参照面可以是固定高程值也可以是异形曲面值。以下为导入客户指定范围线后所得的计算成果文件,根据需求我们在软件中可以一键化得到开挖方量的数字模型文件、计算成果验收单据文件、详细标高的数字报表文件等成果。


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开挖方体一


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开挖方体二


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计算成果验收单据


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标高段数字报表


6. 项目总结

方量计算是矿区作业的一个重要步骤,他直接关系到成本、费用、收益等核心问题,近几年随着激光雷达技术的普及和其自身精度高,效率高,成果详实且多元化的优势逐渐成为业内新宠。以本次测量作业为例其效率统计如下表:

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传统的以全站仪、GPS-RTK为主的测量手段具有效率低下、信息不全、存在安全隐患等不足,尤其在大区域、复杂环境的测量场景下,传统方式很难满足时效要求和精度指标。从本次作业直观体现出其外业效率较传统方式提升了至少十倍以上,基于点云数据成果制作时可根据需求不同任意输出目标成果,也为现行数字化矿区的建设提供了有利的数据保障。在使用效果完全符合客户预期的前提下,蜂鸟Genius 微型无人机LiDAR系统在业内率先提出并实现单兵作业的技术理念,结合其自身高性价比的天然优势在众多品牌中名声大噪。

综上所述,北科天绘蜂鸟LiDAR系统完全可用于大型数字矿化山管理和生产需求,无人机搭载激光雷达的测量模式无论工作效率、项目成本都具有非常大的优势。

设备核心指标

最大探测距离: 250m(反射率60%)

激光采样频率: 640kHz

测量帧频: 5-20Hz

典型作业航高: 50-150m

系统高程测量精度: <0.1m

测图比例尺:  1:500 1:1000 地形测绘

点密度: >200点/m²

系统重量: 1.2kg(适配大疆M200/M210)/1.8kg(带相机)

激光回波数: 双回波