[发明专利]一种基于激光雷达点云的矿山开采量计算方法

说明书

本发明属于激光雷达点云处理和矿山监测领域，具体技术方案为：一种基于激光雷达点云的矿山开采量计算方法，首先，基于激光雷达系统对矿山进行定期三维地形测绘，获取矿山原始点云数据；然后对激光雷达点云数据进行去噪、配准等预处理；其次检测点云局部空洞面并利用邻域信息内插三维数据点进行修补，前后两期点云数据形成某时段不规则疏密多变矿体的三维模型；最后，设置离散化步长对矿体三维模型进行块体离散化并提取块体体积，各单元块体体积累加得到整个矿山变化体积，即该时段的矿山开采量，本发明能够对矿山开挖方量进行快速估算，该方法具备测量高效安全、灵活便捷、即时性高等特点，可应用于三维变化监测、工程测管、智慧矿山建设等领域。

技术领域

本发明属于激光雷达点云处理和矿山监测领域，具体涉及一种基于激光雷达点云的矿山开采量计算方法。

背景技术

矿产资源是人类赖以生存和经济发展的重要物资基础，开采量动态监测可为其科学高效的生产管理提供依据，对矿产资源的可持续发展与智慧矿山建设意义重大。矿山开采尤其是露天开采覆盖范围大且地形复杂多变，导致开采量测算难度大、效率低、成本高。如何快速准确地获取矿山地形变化并计算矿山开采量成为了一个亟待解决的问题。

已有矿山开采量计算方法主要包括两种，一种是基于人工测绘的开采量计算，此类方法通过地测人员手动测量获取的开采区域工作面三维坐标生成地形图，勘测效率低且易受人为因素影响，导致开采量计算速度与精度不稳定；另一种是基于无人机可见光影像的开采量计算，此类方法通过获取时序无人机影像后重建三维模型，采集效率高于人工测绘方式，但由于露天矿地形起伏较大且边界持续移动，三维模型高程的真实性难以得到保障，依然无法在精度上满足矿山开采量计算的工程需求。

激光雷达系统是一种集激光，全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术于一身的系统，可高效、精确、无损地获得地表三维信息。将激光雷达系统引入矿山开采量动态监测中，可通过定期获取矿山的精细三维点云数据，构建某时期不规则疏密多变矿体的三维模型，快速准确获取矿山开挖过程中的真实地形地貌变化，为开采量计算提供可靠的数据支撑。

发明内容

本发明为了满足矿山开采量计算快速准确的需求，提供一种基于激光雷达点云的矿山开采量计算方法，通过对矿山进行定期三维地形测绘更新并基于精细三维点云数据计算矿山变化体积，从而实现矿山开采过程中的动态开采量计算。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种基于激光雷达点云的矿山开采量计算方法，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。

进一步是，步骤一包括以下步骤：

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（由激光扫描仪扫描采集得到）、GPS数据通过计算机联合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、配准等预处理。

进一步是，步骤二包括以下步骤：

S21、点云去噪：对原始激光雷达点云采用稀疏离群点移除（Statistical OutlierRemoval，SOR）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（由全局距离平均值和方差定义）之外的点，被定义为离群点并从数据集中去除掉。