Статья:

Способы изучения структурных особенностей прибортовых массивов карьера с использованием горного сканера

Журнал: Научный журнал «Студенческий форум» выпуск №19(112)

Рубрика: Технические науки

Выходные данные
Кудаимберлина Ж.Е., Сәбденбекұлы Ө.С. Способы изучения структурных особенностей прибортовых массивов карьера с использованием горного сканера // Студенческий форум: электрон. научн. журн. 2020. № 19(112). URL: https://nauchforum.ru/journal/stud/112/71919 (дата обращения: 09.07.2020).
Журнал опубликован
Мне нравится
на печатьскачать .pdfподелиться

Способы изучения структурных особенностей прибортовых массивов карьера с использованием горного сканера

Кудаимберлина Жансая Есенгалиевна
магистрант, Карагандинский государственный технический университет, Казахстан, г. Караганда
Сәбденбекұлы Өмірзақ Сәбденбекұлы
канд. техн. наук, профессор, Карагандинский государственный технический университет, Казахстан, г. Караганда

 

Увеличивающиеся темпы автоматизации производства не оставляют в стороне и маркшейдерское обеспечение горных работ. Ведение горно-графической документации на бумажной основе не позволяет своевременно принимать оперативные управленческие решения, а также отслеживать состояние объектов в реальном времени. Применение традиционных методов маркшейдерских съёмок и устаревших приборов замедляет процесс получения результатов. Зачастую исполнителям приходится находиться в зонах опасных природных и техногенных процессов.

Интеграция цифровой техники сбора данных, геодезических и фотограмметрических технологий привела к появлению принципиально новых приборов для сбора пространственной информации о местности – систем наземной лазерной локации (наземных лазерных сканеров).

Сущность наземного лазерного сканирования заключается в измерении с высокой скоростью расстояний от сканера до точек объекта и регистрации соответствующих направлений (вертикальных и горизонтальных углов), следовательно, измеряемые величины при наземном лазерном сканировании являются аналогичными, как и при работе с электронными тахеометрами. Однако принцип тотальной съемки объекта, а не его отдельных точек, характеризует НЛС как съемочную систему, результатом работы которой является трехмерное изображение, так называемый скан.

Наземное лазерное сканирование обладает также следующими достоинствами по отношению к другим способам получения пространственной информации:

а) возможность определения пространственных координат точек объекта в полевых условиях (в момент сканирования измеряются дальность, вертикальный θ и горизонтальный φ углы, по которым вычисляются координаты X, Y, Z точек);

б) высокая точность измерений;

в) принцип дистанционного получения информации обеспечивает безопасность исполнителя при съемке труднодоступных и опасных районов;

г) высокая производительность.

Сущность наземного лазерного сканирования заключается в измерении с высокой скоростью расстояний от сканера до точек объекта и регистрации соответствующих направлений (вертикальных и горизонтальных углов), следовательно, измеряемые величины при наземном лазерном сканировании являются аналогичными, как и при работе с электронными тахеометрами. Однако принцип тотальной съемки объекта, а не его отдельных точек, характеризует НЛС как съемочную систему, результатом работы которой является трехмерное изображение, так называемый скан.

Система для наземного лазерного сканирования состоит из НЛС и полевого персонального компьютера со специализированным программным обеспечением. НЛС состоит из лазерного дальномера, адаптированного для работы с высокой частотой, и блока развертки лазерного луча (рисунок 1).

 

   

Рисунок 1. Состав и принципиальная схема наземной сканирующей системы

1 – лазерный дальномер; 2 – приемопередающий тракт дальномера; 3 – сканирующее зеркало (призма); 4 – сканирующая головка сканера; 5 – кабель, соединяющий лазерный сканер с полевым компьютером; 6 – полевой компьютер (промышленный ноутбук) со специализированным программным обеспечением; 7 – носитель информации

 

В основу работы лазерных дальномеров, используемых в НЛС, положены импульсный и фазовый без отражательные методы измерения расстояний, а также метод прямой угловой засечки. В качестве блока развертки в НЛС выступают сервопривод и полигональное зеркало или призма. Сервопривод отклоняет луч на заданную величину в горизонтальной плоскости, при этом поворачивается вся верхняя часть сканера, которая называется головкой. Развертка в вертикальной плоскости осуществляется за счет вращения или качания зеркала. В процессе сканирования фиксируются направление распространения лазерного луча и расстояние до точек объекта. Результатом работы НЛС является растровое изображение – скан, значения пикселей которого представляют собой элементы вектора со следующими компонентами: измеренным расстоянием, интенсивностью отраженного сигнала и RGB-составляющей, характеризующей реальный цвет точки. Положение (строка и столбец) каждого элемента (пикселя) полученного растра отражает значения измеренных вертикального и горизонтального углов. Для большинства моделей НЛС характеристика реального цвета для каждой точки получается с помощью не метрической цифровой камеры.

Другой формой представления результатов НЛС является массив точек лазерных отражений от объектов, находящихся в поле зрения сканера, с пятью характеристиками, а именно пространственными координатами (X, Y, Z), интенсивностью и реальным цветом.

Пространственные координаты точек объекта в системе координат НЛС вычисляются по формулам:

где R – измеренная дальность от точки стояния сканера до объекта;

φ – горизонтальный угол измеренного направления лазерного луча ;

θ – вертикальный угол направления , отсчитываемый от оси Z до вектора  (зенитное расстояние направления лазерного луча).

Формулы являются обобщенными для перехода от полярной системы координат к пространственной декартовой. Для каждого конкретного сканера они имеют индивидуальный вид, где учитываются несовпадение источника излучения и приемника, эксцентриситет вертикальной и горизонтальной осей вращения прибора и другие величины, которые называются параметрами калибровки сканера.

Для производства инструментальных наблюдений предусматривается создание на карьерах опорных пунктов, закладка которых согласуется с горно-геологическими условиями на карьере и видимостью геодезических пунктов.

Опорные пункты должны располагаться в местах, обеспечивающих их неподвижность на все время проведения наблюдений, т.к. на них устанавливается лазерный сканер.

Систематические инструментальные наблюдения на карьерах, заключаются в определении с помощью лазерного сканера положение прибортового массива путем производства сканирования выделенного участка местности, полученное облако точек трансформируется в трехмерную модель и сравнивается с последующими сериями измерений.

 

Список литературы:
1. «Методическое указание по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости». Утверждено Комитетом по государственному контролю за чрезвычайными ситуациями и промышленной безопасностью Республики Казахстан от № 39 от «22» сентября 2008 года.
2. Низаметдинов Ф.К., Ожигин С.Г. Отчет по НИР «Обоснование параметров устойчивых откосов уступов и бортов карьера Васильковского ГОКа» КарГТУ, г. Караганда, 2009.
3. Проект наблюдательных станций за состоянием устойчивости бортов карьера "Васильковский", г. Караганда, 2012 г.