[发明专利]一种基于激光雷达点云的矿山开采量计算方法

权利要求书

1.一种基于激光雷达点云的矿山开采量计算方法，其特征在于，具体步骤如下：

一、激光雷达点云获取：对矿山进行矿区勘探后确定监测范围，根据实际监测区域大小与高差选取激光雷达系统并制定数据采集方案，完成外业数据采集，经计算机软件处理后解算得到激光雷达点云数据；

二、点云预处理：对原始激光雷达点云数据进行去噪、配准预处理；

三、点云空洞面修补，包括以下两个步骤：

S31、空洞面检测：在三维空间中，基于原始三维点云数据构建初始三角网络，遍历计算所有三角网格的面积，设定最小空洞面积阈值P，自动检测面积大于阈值P的网格为需要修补的空洞面；

S32、空洞面修补：

利用邻域信息对空洞网格进行三维数据点内插，对需要修补的三角网格的每条边取中点，分别为点，连接三点后将空洞网格分割为四个新的三角形，分别取四个三角形的重心作为新的离散点内插至空洞网格中；

再次计算四个新的三角形的面积，仍大于阈值P的三角网格被划分为空洞网格，重复进行三角形分割与离散点内插，直到整体三角网格中的每一个网格面积均小于P，停止内插，得到精细矿山三维点云数据；

空洞面修补后，前后两期点云数据形成不规则疏密多变矿体的三维模型；

四、开采量计算：根据矿体三维模型的面积大小与点密度确定离散化步长，对其进行单元块体离散化，获取各块体的网格面积与块体相对高度，计算各单元块体的体积，将整个矿体所有单元块体的体积叠加获取整个矿山变化体积。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达点云的矿山开采量计算方法，其特征在于，在步骤一中，包括以下两个步骤：

S11、激光雷达点云数据采集：对矿山的地形起伏、开采边界、典型地物进行勘探后确定矿山监测区域，根据监测区域的大小和高差选取续航时间与探测距离符合要求的激光雷达系统，结合系统具体的性能参数确定测量距离、扫描速度与扫描角度，对矿山实施外业数据采集；

S12、数据解算：基于原始惯导数据、原始激光测距数据、GPS数据通过计算机联合解算得到激光雷达点云数据。

3.根据权利要求2所述的一种基于激光雷达点云的矿山开采量计算方法，其特征在于，所述原始激光测距数据由激光扫描仪扫描采集得到。

4.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达点云的矿山开采量计算方法，其特征在于，在步骤二中，包括以下两个步骤：

S21、点云去噪：对原始激光雷达点云采用稀疏离群点移除方法进行去噪，该方法计算每个点到其所有临近点的平均距离，假设得到的结果是一个高斯分布，平均距离在标准范围之外的点，被定义为离群点并从数据集中去除掉；

S22、点云配准：对开采前后两期点云数据采用迭代最近点自动配准算法，ICP算法通过找到两组点云集合中距离最近的点对，根据估计的变换关系来计算距离最近点对经过变换之后的误差，不断的迭代直至使得设定的目标函数达到最小值，得到最优平移矩阵和旋转矩阵，以确定最终的变换关系，目标函数如下：

式中，R表示旋转矩阵，T表示平移矩阵，k为待配准点云的点数，ɑ_i为参考点云；b_i为待配准点云；

最终将待配准的点云与参考点云的数据对进行一一对应，即完成两期点云数据配准。