Измерение объемов песчаных насыпей с использованием LiGrip H300

При традиционном измерении объема песчаных насыпей обычно персонал использует такие инструменты как рулетки и, реже, тахеометры. Эти традиционные методы требуют значительного количества рабочей силы и времени, и на них легко влияют внешние факторы, такие как погода и местность. Это может привести к недостоверным измерениям и результатам расчета объемов.

Использования для решения этих задач лазерных сканеров имеет ряд преимуществ: они быстрые, высокоточные и бесконтактные. Они могут быстро выполнять съемку крупных и протяженных объектов, формируя трехмерное облако точек за короткий промежуток времени. При измерении объема песчаной насыпи лазерные сканеры сканируют ее поверхность, быстро создавая плотное облако точек без необходимости вмешательства человека. Это значительно повышает эффективность труда и точность измерения объема песчаных насыпей.

Сбор данных

LiGrip H300 — это портативный мобильный лазерный 3D-сканер, использующий SLAM технологию, разработанный компанией GreenValley Int. Он оснащен различными датчиками, позволяющими быстро выполнять крупномасштабные съемки довольно крупных объектов. Он поддерживает несколько платформ и режимов работы. Съемку можно выполнять с руки, разместить сканер в рюкзаке, или установить на автомобиль, БПЛА. LiGrip H300 поддерживает несколько методов высокоточного картографирования с геопривязкой, включая PPK-SLAM, RTK-SLAM и SLAM, что позволяет быстро получать данные облака точек с абсолютными пространственными координатами в общеземных системах координат. Он оснащен панорамной камерой и использует технологию сканирования с использованием 32 лазеров одновременно, обладает высокой частотой сканирования (до 640 000 точек в секунду). Устройство может обеспечивать максимальную абсолютную точность на уровне 5 сантиметров.

Внешний вид системы LiGrip H300

Перед началом работы важно правильно спланировать маршрут перемещения. Зоны съемки на начальной и конечной точках должны иметь перекрытие не менее 3–5 м, чтобы гарантировать замыкание облака точек вокруг снимаемого объекта и отсутствие пропусков.

Cлева – внешний вид объекта съемки (кучи песка), справа – оператор во время съемочного процесса

Внешний вид облака точек, полученного в процессе съемки одной из насыпей

Расчет объемов

LiDAR360 — это программное обеспечение для обработки и анализа данных облаков точек, разработанное GreenValley Int. Пакет содержит свыше 10 усовершенствованных алгоритмов обработки облаков точек и может одновременно обрабатывать более 300 ГБ 3Д лазерных данных (точки). Платформа включает в себя различные инструменты векторного редактирования и функции автоматической классификации облаков точек.

Функция измерения объема в LiDAR360 позволяет пользователям интерактивно выбирать опорные плоскости измерения, выбирая данные из файлов или щелчками мыши. Алгоритм рассчитывает объемы земляных работ, выемок, засыпок и выемок относительно определенной высоты. С помощью этой функции был рассчитан объем песчаной кучи, равный 13,3058 кубических метров.

Облако точек перед началом процесса расчета объемов

Цифровая модель поверхности песчаной насыпи, построенная по точкам лазерных отражений

Оценка точности

Для дальнейшей проверки точности и достоверности использования метода лазерного сканирования для измерения объема, песчаный материал сначала взвешивался, а затем его вес рассчитывался альтернативным способом с использованием средней плотности материала (песок) и измеренного с использованием лазерного сканирования объема. Затем эти два значения сравнивались для проверки точности.

1. В соответствии с проведенным взвешиванием, вес песчаного материала составляет 18,92 тонны.
2. Известно, что плотность песчаного материала составляет 1,4 тонны/м³, и с помощью лазерного сканирования, объём песчаного материала составил 13,3058 м³. Дает вес песчаного материала на уровне 18,628 тонны.
3. При сравнении рассчитанного результата с весом, полученным при взвешивании, наблюдается погрешность 1,54%. Это указывает на реализуемость и высокую точность данного подхода в практических приложениях.

	Взвешивание	Лазерное сканирование	Разница	Точность
Объем (м3)	-	13.3058	-
Плотность	-	1.4	-
Вес (тонн)	18.92	18.628	0.292	1.54%

 

Заключение

На основе измерения объема песчаной кучи с помощью лазерного сканера LiGrip H300 и программного обеспечения для обработки облака точек LiDAR360 были получены удовлетворительные результаты. Используя современную технологию лазерного сканирования и передовые инструменты обработки данных облаков точек, разработан высокоточный и автоматизированный метод измерения объема песчаных куч. Этот метод значительно повышает эффективность и точность измерения объема, снижает трудозатраты, лучше адаптируется к различным сложным условиям. Внедрение этой технологии не только делает измерение объема более интеллектуальным и автоматизированным, но также обеспечивает реальное решение для модернизации горнодобывающей промышленности.