一种露天矿爆堆数据快速获取与处理方法

技术领域

本发明涉及一种采矿和测绘工程，具体为一种露天矿爆堆数据快速获取与处理方法。

背景技术

目前，露天矿山爆堆数据具有来源广，数据量大，数据获取不同步且获取难度高以及数据分享不够及时等不足，导致有关的爆堆数据实用性低，可分享性差，对矿岩铲装运输效率和爆破质量的综合评价等工作影响较为严重。现有技术中的一种基于UAV测量系统获取爆堆全景影像，通过图像处理技术实现爆堆多区域的数据提取和测量，但所获取的数据冗余度高，数据实用性较差。还有一种方法，通过利用三维激光扫描技术对露天采场爆堆体积进行测量计算，该方法局限性较大，对于复杂地形条件的矿区环境，数据采集难度大且采集同步性较差。

对于上述不足，需要一种全面、准确、易实行的爆堆数据获取与处理方法，可实现爆堆数据同步获取与实时共享，便于数据挖掘和扩展，以及数据管理智能化等功能。而目前能够满足上述要求的技术方案尚未见报道。

发明内容

针对现有技术中露天矿山爆堆数据存在实用性较差、数据采集难度大且采集同步性较差等不足，本发明要解决的问题是提供一种可解决露天矿爆堆数据获取与处理的效率低、管理与分享难度大等问题的露天矿爆堆数据快速获取与处理方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种露天矿爆堆数据快速获取与处理方法，包括以下步骤：

1)在无人机系统上搭载摄影测量系统、三维激光扫描仪和GPS导航系统，进行低空遥感数据采集获取点云数据和影像数据；

2)将点云数据和影像数据导入三维建模软件中进行处理，恢复爆堆三维场景，得到数字表面模型数据；

3)将数字表面模型数据进行爆堆分布边界的数字线划编辑，并记录边界矢量线划坐标，导入数据到CAD中；

4)对步骤1)中获取的影像数据进行匀色、数字微分纠正、接边检查、镶嵌和后期处理，完成数字正射影像数据成果的制作；

5)将爆堆影像进行图像二值化操作，通过编写相关的图像处理程序，提取爆堆块度大小s；

6)恢复爆堆立体模型，利用高程模型数据进行爆堆特征要素的采集，保证爆堆整体包含在模型范围内；

7)将数字高程模型导入CAD，在数字高程模型中测量爆堆高度H，堆积角度θ及体积v，记录数据，分别命名为“高度”、“堆积角度”、“体积”，保存数字高程模型数据为DGN格式；

8)将符合数据标准的DGN格式数据分别归类，转换到矿区地理信息系统数据库，自动生成爆堆数据库。

步骤4)中，对步骤1)中获取的影像进行匀色、数字微分纠正、接边检查、镶嵌和后期处理为：运用GEOWAYImageStation、Photoshop软件实现，完成数字正射影像数据成果的制作，数字正射影像地面分辨率为2.5～5cm，数据格式为非压缩Geotiff；DOM成果基本技术指标按CH/T9008.3-2010《基础地理信息数字成果1:500、1:1000、1:2000数字正射影像图》的精度要求执行。

步骤6)中利用JX-4C DPS工作站上恢复爆堆数字高程模型，利用数字高程模型数据进行爆堆特征要素的采集，数字高程模型的格网间距为0.5～1m，爆堆轮廓边的范围外扩10～15米。

步骤7)中将数字高程模型导入CAD，将块度编号i、大小s及中心坐标(X，Y，Z)三种拓扑信息记录，分别命名为“编号”、“块度”、“位置”，保存数据。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明提供一种露天矿爆堆数据快速获取与处理方法，解决了露天矿爆堆数据获取与处理的效率低，管理与分享难度大等问题，可根据UAV测量系统实现爆堆数据的智能化采集和处理，提高爆堆数据实用性、可分享性和实时同步性，适用于露天矿爆堆形态相关数据的快速获取与处理工作。

2.本发明方法为矿山生产工作和爆破效果的评价工作提供良好的信息获取、处理、分析和分享渠道，减少冗余测量工作和测量成本，方法简单，设备易操作，对露天矿山企业具有巨大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明露天矿爆堆数据快速获取与处理方法流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种露天矿爆堆数据快速获取与处理方法，基于无人机(UAV)测量系统实现，适用于露天矿爆堆形态相关数据的快速获取与处理工作，包括以下步骤：

1)在UAV上搭载摄影测量系统、三维激光扫描仪和GPS导航系统，进行低空遥感数据采集，技术要求参照GB6962-2005《1：500、1：1000、1：2000比例尺地形图航空摄影规范》执行，获取点云数据和影像数据；

2)将点云数据和影像数据导入三维建模软件(本实施例采用context capture软件)中进行处理，恢复爆堆三维场景，得到数字表面模型(DSM)数据；

3)将DSM数据导入数字线划软件EPS中，按照矿区《数据标准》进行爆堆分布边界的DLG数据编辑，并记录边界矢量线划坐标，导入数据到CAD中，命名为“分布范围”，保存为DGN格式；

4)运用GEOWAYImageStation、Photoshop软件对步骤1)中获取的影像进行匀色、数字微分纠正、接边检查、镶嵌和后期处理，完成数字正射影像(DOM)数据成果的制作，DOM地面分辨率为2.5～5cm，数据格式为非压缩Geotiff；DOM成果基本技术指标按CH/T9008.3-2010《基础地理信息数字成果1:500、1:1000、1:2000数字正射影像图》的精度要求执行；

5)在MATLAB中将爆堆影像进行图像二值化操作，通过编写相关的图像处理程序，提取爆堆块度大小s；

6)在JX-4C DPS工作站上恢复爆堆立体模型，利用DEM数据进行爆堆特征要素的采集，DEM的格网间距为0.5～1.0m，爆堆轮廓边的范围外扩10～15米，以保证爆堆整体包含在模型范围内；

7)将DEM导入CAD，将步骤5)中块度编号i、大小s及中心坐标(X，Y，Z)三种拓扑信息记录，分别命名为“编号”、“块度”、“位置”，保存数据。在DEM中测量爆堆高度H，堆积角度θ及体积v，记录数据，分别命名为“高度”、“堆积角度”、“体积”，保存DEM数据为DGN格式；

8)将符合数据标准的DGN格式数据分别归类，转换到矿区地理信息系统(GIS)数据库，自动生成爆堆GIS数据库。

本发明中，摄影测量系统对地分辨率为15～50mm；三维激光扫描精度扫描精度为1～5mm；UAV为无人机系统；DLG为数字线划图；DOM为正射影像图；DEM为数字高程模型；DSM为数字表面模型。

本实施例采用威特固定翼无人机搭载sony RX1Ⅱ高端数码相机和Rigel VZ-400三维激光扫描仪，构成UAV测量系统。相机像素4200万，最高分辨率7952*5340，全机重量1.5kg；三维激光扫描仪近红外线的波长为1 550nm，光斑直径0.25mm，扫描精度是3mm，扫描视场为360°(水平)、100°(垂直)。UAV测量系统相对航高350m，旁向重叠70％，航向重叠60％。

本实施例中，通过UAV测量系统获取爆堆测区影像和点云数据；在contextcapture软件中恢复爆堆三维场景；利用数字线划软件EPS进行DLG立体测图，得到爆堆分布范围的矢量线划成果，经测量，此次爆破碎岩最大抛掷距离为121m；制作爆堆测区正射影像图，此次DOM最高分辨率为2.5cm；将DOM导入MATLAB中，进行爆堆块度大小提取。经过测量，此次爆堆块度分布于0.3m～1.2m之间,记录碎岩位置并编号，形成文本数据；利用JX-4CDPS工作站上恢复爆堆立体模型，DEM的格网间距为0.7m，爆堆轮廓边的范围外扩15m，经过测量，此次爆堆高度为12.6m，堆积角度为28.5°，爆堆体积约为2500m

本发明可在GIS数据库的不同数据层中，实现爆堆数据实时查询功能，并且各类DLG、DEM、DOM数据可实现快速共享，便于数据挖掘，再编辑等特点。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，采用大疆S1000 V型八旋翼无人机搭载松下GH4型数码相机和徕卡ScanStation P50三维激光扫描仪，构成UAV测量系统。相机像素3640万，最高分辨率7360*4912，全机重量0.465kg；三维激光扫描仪长距离可达到1000m，270m模式下的测距精度为1.2mm+10ppm。UAV测量系统相对航高360m，旁向重叠70％，航向重叠60％。

经测量，爆破碎岩最大抛掷距离为107m；制作爆堆测区正射影像图，此次DOM最高分辨率为3cm；爆堆块度分布于0.35m～1.2m之间，利用JX-4C DPS工作站上恢复爆堆立体模型，DEM的格网间距为0.5m，爆堆轮廓边的范围外扩15m；爆堆高度为11.5m，堆积角度为29.3°，爆堆体积约为2800m

实施例3

本实施例与实施例1及实施例2的不同之处在于，采用天狼星Sirius Pro无人机搭载Sony RX1RⅡ数码相机和拓普康GLS-2000三维激光扫描仪，构成UAV测量系统。相机像素3640万，最高分辨率7360*4912，全机重量0.507kg；三维激光扫描仪测距精度3.5mm(1-150m),1s igma，测角精度6”。UAV测量系统相对航高380m，旁向重叠70％，航向重叠60％。

经测量，此次爆破碎岩最大抛掷距离为93m；DOM最高分辨率为2.0cm；爆堆块度分布于0.28m～1.15m之间，利用JX-4C DPS工作站上恢复爆堆立体模型，DEM的格网间距为0.6m，爆堆轮廓边的范围外扩15米，爆堆高度为10.2m，堆积角度为28.2°，爆堆体积约为2650m

实施例4

本实施例与实施例1～3的不同之处在于，采用大疆精灵4pro无人机搭载SonyRX1RⅡ数码相机和GOL260型号三维激光扫描仪，构成UAV测量系统。相机像素3640万，最高分辨率7360*4912，全机重量0.507kg；三维激光扫描仪激光波长915nm，扫描速度>40000点/s。UAV测量系统相对航高280m，旁向重叠70％，航向重叠60％。

经测量，此次爆破碎岩最大抛掷距离为101m；DOM最高分辨率为2.5cm；堆块度分布于0.3m～1.4m之间，利用JX-4CDPS工作站上恢复爆堆立体模型，DEM的格网间距为0.5m，爆堆轮廓边的范围外扩15m，爆堆高度为10.2m，堆积角度为27.4°，爆堆体积约为2600m

通过以上4个实施例可知，本发明方法可在GIS数据库的不同数据层中，实现爆堆数据实时查询功能，并且各类DLG、DEM、DOM数据可实现快速共享，具有便于数据挖掘，再编辑等特点。

本发明方法可应用多种无人机搭载由不同规格型号以及不同参数的数码相机和扫描仪实现露天矿爆堆数据快速获取与处理，解决露天矿爆堆数据获取与处理的效率低，管理与分享难度大等问题。可根据UAV测量系统实现爆堆数据的智能化采集和处理，提高爆堆数据实用性、可分享性和实时同步性，为矿山生产工作和爆破效果的评价工作提供良好的信息获取、处理、分析和分享渠道，减少冗余测量工作和测量成本，方法简单，设备易操作，对露天矿山企业具有巨大的经济效益和社会效益。