1、三维激光扫描技术提升矿山高效能作业和管理 矿山测量学科发展现状u矿山地形测绘u开采沉陷及“三下开采”u矿产资源管理u采后土地复垦和环境治理测量采矿地学单一数据多源数据融合人工作业数字化自动化随着智慧矿山、智能测绘、安全监测等国家政策的发展，对数据获取提出了新的要求既要快速全 面获取高精度高分辨率矿山地理信息，又要对矿山信息进行及时、动态、自主更新，传统的数字化测量工具和手段很难满足该需求。传统数字化测量工具和手段，不适传统数字化测量工具和手段，不适应应新形新形势势的需的需求求！效率低下效率低下 现势性差现势性差 外业辛苦外业辛苦 内业繁琐内业繁琐矿山测量学科发展趋势 高效自动采集三维激光扫描
2、海量数据三维重构点云数据 开采现状 精准分析矿山模型安全生产管理提升技术更新三维激光提升矿山高效能作业和管理什么是三维激光扫描？三维激光扫描技术的出现是以三维激光扫描仪的诞生为代表，又称为“实景复制技术”，是继GPS(Global Position System)技术以来测绘领域的又一次技术革命，将使测绘数据的获取方法、服务能力与水平、数据处理方法等进入新的发展阶段。传统的大地测量方法，如水准、全站、GPS测量都是基于点的测量，而三维激光扫描是基于面的批量三维数据采集方式。三维激光扫描获得的原始数据为点云数据。点云数据是大量扫描离散点的结合。三维激光扫描的定义三维激光扫描技术的定义三维激光扫描
3、技术 三维激光扫描技术，是通过三维激光扫描仪获取目标物体的表面三维数据；对获取的数据进行处理、计算、分析；进而利用处理后的数据从事后续工作的综合技术。三维激光扫描仪 通过发射激光来扫描获取被测物体表面三维坐标和反射光强度的仪器。三维激光扫描的概念三维激光扫描技术的定义l 快速、高密度扫描 常规测量：每次测量1个点，每次测量耗时2-5秒；三维激光扫描仪：每秒可测量5万到1百万个点以上，使快速获取复杂物体表面成为可能。l 多学科融合 三维激光扫描技术涉及现代电子、光学、机械、控制工程、图像处理、计算机视觉、计算机图形学、软件工程等技术，是多种先进技术的集成三维激光扫描的特点三维激光扫描技术的定义什
4、么是激光雷达？什么是激光雷达LiDAR(LightLaser Detection and Ranging)，是激光探测及测距系统的简称。集激光、全球定位系统(GNSS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身的系统，用于获得激光点云数据并生成精确的DEM。激光雷达系统组成及原理GNSS天线全景相机（CCD）惯导系统（INS）激光扫描仪（LiDAR）工控计算机同步控制器等移动激光LiDAR系统简介移动激光扫描系统组成激光扫描系统激光扫描系统：通过高速激光扫描测量的方法，利用激光测距的原理，记录被测物体表面大量密集点的三维坐标、反射率等信息，由此快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据
5、；POS系统系统（GPS/IMU）：）：用于获取设备在每一瞬间的空间位置与姿态以及为整个系统提供精确的时间基准；相相机系统：机系统：用于获取对应地面的彩色数码影像，与激光点云数据结合可以提供更为丰富的空间信息；同步存同步存储储控制系统：控制系统：用来实现激光扫描系统、POS系统（GPS/IMU）、相机系统的数据同步采集及存储等功能。载体载体：作为搭载激光雷达的平台。移动激光LiDAR系统简介各传感器作用移动激光LiDAR系统简介激光扫描传感器介绍 测距：激光传播时间/激光传播速度（脉冲测量、相位测量）测角：记录激光线角度 三维图像：多次测距、测角，记录、计算、构成三维图像移动激光LiDAR系统
6、简介激光扫描传感器介绍惯性导航系统惯性导航系统（INS，以下简称惯导）是以陀螺和加速度计为敏感器件 的导航参数解算系统，该系统根据陀螺的输出建立导航坐标系，根据加速度 计输出解算出运载体在导航坐标系中的速度和位置。陀螺测量系统由三个方向的磁传感器、三个方向的角速率传感器、三个 方向的加速度传感器和信号处理单元组成，通过磁传感器和加速度传感器解算载体的三维静态角度，利用角速度值滤波处理静态角度，同时运用静态角 度数据抑制陀螺漂移，使系统实时准确的输出在地球坐标系下载体在空间中 的姿态角。惯导的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参 考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到
7、导航坐标系中，就能够 得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。惯导系统目前已经发展出挠性惯导、光纤惯导、激光惯导、微固态惯性仪表等多种方式。移动激光LiDAR系统简介惯性导航传感器介绍定位定姿系统定位定姿系统(Positioning and Orientation System，POS)本质上是GNSS/INS组合导航硬件系统 加上一套精密数据处理软件(用于对原始数据进行事后处理，进一步提高定位定姿精度)。除去GNSS/INS 组合导航核心算法，POS硬件部分中的GNSS和IMU高精度时间同步和杆臂补偿等，也是保证POS系统达 到厘米级甚至毫米级定位精度的关键技术。定位定姿传感器介绍移动
8、激光LiDAR系统简介 GNSS系统快速获取瞬时位置信息；INS系统获取瞬时的姿态及速度信息；GNSS地面基站、移动GNSS、INS系统、精密数据处理软件，联 合进行POS解算，生成高精度的位置及速度信息；激光扫描系统向探测目标主动发射高频率的激光脉冲，直接获取 地物表面的距离、坡度、粗糙度和反射率等信息；高精度POS轨迹结合激光数据，直接生成带有绝对坐标的激光点 云成果；相机系统获得的影像数据经POS处理后每个位置带有绝对坐标，将影像的RGB信息赋予激光点云可得到真彩色点云成果；激光LiDAR系统工作原理移动激光LiDAR系统简介华测多平台激光雷达系统重量2.7kg续航能力40分钟绝对精度5
9、-10cm内置相机2000万像素多平台机载、车载船载、背包测程100m应用方向：地形测绘、公路勘测、应急救灾、电力巡线、土方计算AS100激光雷达系统华测多平台激光雷达系统应用方向：大面积地形测绘、地籍测量、公路勘测AS-900HL激光雷达系统华测多平台激光雷达系统绝对精度：水平精度5cm，高程精度5cm测量范围：920m/1350m系统重量：4.7kg搭载方式：飞机、汽车、背包等载具无缝切换飞行时间：40min，飞行速度：6m/s作业面积：带状12.6km；块状0.7-0.8km雷达系统载体介绍大黄蜂优势特点无人机激光雷达系统无需地面像控点，点云数据绝对中误差可达5cm以内，满足1:500测
10、图需求。1、免相控，高精度优势特点 AS-900HL多平台激光雷达系统搭载有人机10km2/h，作为车载扫描系统每天可采集200公里以上带状数据。2、省人工，高效率优势特点 AS-1300HL/AS-900HL/AS-300HL多平台激光雷达系统可搭载到无人机、汽车、电动车、背包、轮船等多种载体，实现一机多用，不受空域禁飞影响。3、多平台、适应强优势特点AS-1300HL/AS-900HL/AS-300HL多平台激光雷达系统采用多次回波技术，激光可透过植被直达地表。4、多回波、透植被优势特点与摄影测量对比配套软件 采用自主研发的激光点云预处理软件CoPre，该软件采用一键操作即可实现一键解析，
11、最终得到 LAS 格式激光点云，同时也对影像进行同步处理可生成真彩色点云CoPreCoPre CoProcess软件是面向机载、车载、地面静态扫描等多源点云数据的综合处理软件，提供了针对点云的滤波、特征估计与提取、分割、分类与拟合重建等流程化成套处理功能，能够支持基于点云的快速测图、DEM及等高线生产、三维重建、道路测量等实践生产应用。CoProcessCoProcess CoVolume CoVolume软件是一款堆料方量（体积）测量软件，软件可实现：计算指定区域内堆体的体积，并将结果以Excel或word的形式导出报表；针对两期点云数据，可以自动识别施工区域的边界，达到自动确定算量范围的效
12、果，然后计算施工区域内的体积，也可以根据人工外业测绘的数据所生成的施工边界线来计算该指定区域内的填挖方，并将结果以Excel或word的形式导出报表；自动识别并提取坡顶线、破底线，并生成线划图。激光雷达可以干啥？矿山测量验收案例展示 由于露天矿存在煤尘大等问题，站载激光数据经过解算导出后往往存在噪声等问题，CoVolume可以对噪声点进行一键处理。噪声点去除噪声点去除案例展示地面设备去除地面设备去除 由于矿区表面存在一些地面设备，需要对地面设备进行过滤，通过人机交互选择需要滤除区域进行设备的去除。案例展示抽稀采样抽稀采样案例展示施工边界线施工边界线自动提取施工区域边界线人机交互描绘施工边界线外
13、部导入施工边界线案例展示批量计算及导出结果批量计算及导出结果支持同时导入多条施工边界线，然后进行一键计算。案例展示数据更新数据更新案例展示自动生成线划图自动生成线划图针对矿山测量的验收成果之一线划图，CoVolume提供了自动提取边坡特征线以及相应的“边坡线”以及“线划图”等功能。案例展示算量精度的验证算量精度的验证计算结果远小于2，软件计量精度达到计量精度要求矿山治理场地整平边界设计场地整平边界设计设施布置案例展示矿山治理改造矿山治理改造案例名称：内蒙古乌海矿山治理项目案例范围：海美斯矿区南北向约1420米，东西向约1247米，施工面积约1770740平方米测量任务：采用机载雷达技术，获取不
14、同施工阶段的测区地形地貌，计算不同施工阶段的工程量使用仪器：AS-100无人机激光Lidar系统人员配备：外业2人、内业2人作业时间：外业3个工作日，内业7个工作日成果需求：DOM/DEM/DSM成果、原始地形与我公司地形套合图、计算对比图、填挖方计算结果土石方工程量计算案例展示矿山治理改造矿山治理改造 无人机激光雷达系统对土石方进行数据采集，生成高精度DEM，方便计算填挖量，也可以两期数据做对比。土石方工程量计算案例展示矿山治理改造矿山治理改造土石方工程量计算案例展示矿山治理改造矿山治理改造nDOMnDEMnDSMn等高线渲染图土石方工程量计算案例展示矿山治理改造矿山治理改造土石方工程量计算
15、案例展示矿山治理改造矿山治理改造土石方工程量计算案例展示矿山治理改造矿山治理改造填挖方计算结果海美斯海美斯精度精度计算面积（平方米）计算面积（平方米）总填方（立方米）总填方（立方米）总挖方（立方米）总挖方（立方米）净值（立方米）净值（立方米）一段一段精细290286.8230064.82160051.6370013.19二段二段精细225964.25122082.06141658.8724076.81三段三段精细508201.05136637.28336120.84199483.56四段四段精细271754.74249393.71133720.5115673.22斜坡斜坡精细10002.806
16、266.07529.80-1263.80土石方工程量计算案例展示矿山治理改造矿山治理改造n机载雷达密集点云三维模型nRTK测量点位三维模型土石方工程量计算案例展示矿山治理改造矿山治理改造对比总结n机载雷达与GPS-RTK测量矿区测图差异分析：1）对于地形复杂区域，比如陡坡、斜坡、火区，RTK测量人员难以抵达现场进行测量；机载雷达可以在短时间内获取此类区域的真实地形，弥补RTK测量在此类区域的数据空缺。2）对于小区域填挖变化频繁、同区域先挖后填的情况，RTK测量组织起来相对容易，对工程进行中局部区域的微小变化能够快速测量，但如果存在陡坡或者火区，测量工作同样也会受限。3）RTK测量需要在整个区域范围内布设大量点位，逐点测量，工作量大，时间长。机载雷达能够快速获取测区点云和影像数据并进行处理得到成果，作业高效。4）RTK测量人员不能到达的斜坡边缘，会导致边缘不准确，测量地形与真实地形存在差异。土石方工程量计算案例展示矿山治理改造矿山治理改造
