Розглядаються аспекти виробництва знімальних робіт за допомогою технології лазерної локації. Наводиться опис технології лазерної локації, розкриваються теоретичні основи лазерної локації, дається опис застосування технології в різних апаратно-технологічних умовах, формується ряд питань щодо щільності і точності знімальних робіт з використанням технології лазерної локації.

Анотація наукової статті за медичними технологіями, автор наукової роботи - Соболєв Олександр Володимирович


LASER LOCATION WHEN SURVEYING OPEN CAST MINING

The author considers the aspects of survey work performing with the application of the technology of laser location. The paper describes the technology of laser location in general, reveals theoretical foundations of laser location, characterises the use of the technology under various hardware-technological conditions. The author forms a number of questions dealing with the density and the accuracy of survey work with the application of the technology of laser location.


Область наук:

  • Медичні технології

  • Рік видавництва: 2010


    Журнал: Вісник Іркутського державного технічного університету


    Наукова стаття на тему 'Лазерна локація при зйомці відкритих гірських робіт'

    Текст наукової роботи на тему «Лазерна локація при зйомці відкритих гірських робіт»

    ?сканера, має точну тимчасову мітку. Дані про стан і орієнтації мобільної платформи є масив одиночних вимірювань інерційної системою, мають власну тимчасову мітку в форматі UTC або часу GPS. Ці дані записуються в файл. Попутно під час руху проводиться корекція інерціальної системи за допомогою зупинки і проведення вимірювань тахеометром на пункти підземної маркшейдерської мережі, а також на пунктах з відомими координатами підвішуються світловідбиваючі сфери для невпинної їх зйомки лазерним сканером. При подальшій постобробці ці сфери розпізнаються, їм присвоюються відомі координати і вони використовуються для контролю і коригування траєкторії руху.

    Класичний метод корекції ІНС, застосовуваний при повітряному лазерному скануванні і МСС, базується на застосуванні фільтра Калмана. Результатом фільтрації є надання точної, підтримуваної в актуальному стані інформації про положення і швидкість об'єкта, при наявності серії вимірювань положення об'єкта, кожне з яких в деякій мірі неточно. Фільтр Калмана використовує відому нам математичну модель динаміки об'єкта, яка описує, які зміни стану об'єкта можливі, щоб усунути похибки вимірювання і надати хорошою точності положення об'єкта в даний момент (фільтрація), в майбутні моменти (прогноз) або в якісь з минулих моментів (інтерполяція або згладжування).

    практично безперервна корекція, так як GPS кожну секунду визначає свої координати і посилає їх на вхід фільтра Калмана. Роботу кожного кроку фільтра Калмана можна розділити на два етапи: прогноз і коригування. Етап прогнозу обчислює вектор стану по його ж значенням на попередньому кроці роботи фільтра. На етапі коригування в алгоритм надходять дані поточних вимірювань, які використовуються для уточнення прогнозного значення вектора стану і обчислення оцінки вектора стану динамічної системи.

    Виходячи з вищесказаного випливає, що в підземних умовах забезпечити в даний час подібний рівень корекції ІНС безпосередньо при виробництві вимірювань не представляється можливим. Для отримання траєкторії, відповідної необхідним вимогам точності, нам необхідно забезпечити збір достатньої кількості можливих коригувальних даних для вирішення траєкторії в режимі постобробки:

    1) просторові координати положення ІНС, одержувані тахеометром при вимірюванні на пункти підземної маркшейдерської мережі;

    2) моменти часу, коли швидкість і прискорення дорівнюють нулю.

    Під час камеральних робіт дані з інерції-альної системи і дані, отримані тахеометром, спільно аналізуються і піддаються математичній обробці. Після отримання траєкторії руху МСС приступають до комплексної обробці даних лазерного сканування. Методика обробки є широко відомою і не відходить від стандартних принципів камеральних робіт.

    При роботі ІНС спільно з GPS забезпечується

    бібліографічний список

    1. Бромберг П.В. Теорія інерціальної навігації. М .: геодезії. СПб: Електроприлад, 1997. Наука, 1979. 3. Матеріали сайту http://ru.wikipedia.org

    2. Дмитрієв С.П. Інерціальні методи в інженерній

    УДК 622.7

    Лазерна локація ПРИ знімання ВІДКРИТИХ ГІРНИЧИХ РОБІТ А.В.Соболев1

    Іркутський державний технічний університет, 664074, м Іркутськ, вул. Лермонтова, 83.

    Розглядаються аспекти виробництва знімальних робіт за допомогою технології лазерної локації. Наводиться опис технології лазерної локації, розкриваються теоретичні основи лазерної локації, дається опис застосування технології в різних апаратно-технологічних умовах, формується ряд питань щодо щільності і точності знімальних робіт з використанням технології лазерної локації. Іл. 2. Бібліогр. 3 назв.

    Ключові слова: лазерна локація; повітряний лазерний сканер; наземний лазерний сканер; відкриті гірничі роботи; щільність сканування; точність сканування.

    LASER LOCATION WHEN SURVEYING OPEN CAST MINING A.V.Sobolev

    Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.

    The author considers the aspects of survey work performing with the application of the technology of laser location. The

    1Соболев Олександр Володимирович, асистент кафедри маркшейдерської справи, тел: (3952) 405102, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. Sobolev Alexander Vladimirovich, an assistant of the Chair of Mine Surveying, tel: (3952) 405102, e-mail: sobolev @ baigeo.ru

    paper describes the technology of laser location in general, reveals theoretical foundations of laser location, characterises the use of the technology under various hardware-technological conditions. The author forms a number of questions dealing with the density and the accuracy of survey work with the application of the technology of laser location. 2 figures. 3 sources.

    Key words: laser location; air laser scanner; ground laser scanner; open-cast mining; scanning density; scanning accuracy.

    До теперішнього часу в Росії міцні, перспективні позиції в переліку технологічних засобів для отримання геопросторових даних зайняли лазерні скануючі системи (рис. 1,2). Починаючи з 90-х років минулого століття виробники лазерних сканерів (в основному закордонні) поступово оновлювали ринок спочатку аерос'емочних обладнання, а потім і приладів для наземної зйомки. Такі прилади та обладнання дозволяють із завидною швидкістю і в колосальному обсязі отримувати набір геопросторових даних, з порівняно високою точністю характеризують відскановане простір. Цей факт не міг залишити байдужими провідні російські компанії, в силу різних причин виконують великомасштабні топографічні зйомки. Зараз вже не тільки сервісні та вишукувальні фірми використовують лазерну локацію, мало хто промислові гірничодобувні компанії придбали скануючі комплекси в основному наземного базування.

    Мал. 1. Повітряний лазерний сканер Leica

    Мал. 2. Наземний лазерний сканер 1 + Р

    Нова технологія має безліч незаперечних переваг у порівнянні з традиційними видами зйомки, більше того, очевидні принципові відмінності в частині безпосереднього виконання робіт і отриманих результатів.

    Зондуючого властивість лазерного випромінювання грунтується на тому, що об'єкти, розташовані на шляху поширення лазерного променя, викликають його відо-

    ються від своєї поверхні. В результаті від такого об'єкта починає поширюватися друга хвиля, частина енергії якої повертається в точку випромінювання і фіксується приймачем. При цьому час, витрачений на поширення від джерела до об'єкта і назад до приймача, дозволяє однозначно судити про дальності локатора від об'єкта. Даний принцип вимірювання дальності є основою лазерної дальнометріі.

    Головною характерною рисою лазерного випромінювання, що визначає можливість його використання для цілей локації, є вузька діаграма, яка забезпечується використанням в якості випромінювача лазера.

    Лазерний локатор є засіб дистанційного зондування, що використовується для зйомки (отримання лазерно-локаційних зображень) земної поверхні. Методика зйомки, що реалізується лазерним локатором, полягає в наступному.

    В якості випромінювача використовується напівпровідниковий лазер, як правило, ближнього інфрачервоного діапазону. У кожному акті сканування реєструються похила дальність до точки відображення і значення кута, що визначає напрямок поширення зондуючого променя в системі координат локатора. Залежно від типу лазерного локатора можуть фіксуватися більше одного (до п'яти) відображень для кожної лінії візування. Така можливість сприяє отриманню більш інформативних лазерно-локаційних зображень, так як в одному акті сканування можуть бути отримані відгуки відразу від декількох компонентів сцени: перші відгуки будуть отримані за рахунок відбиття від листя рослинності, проводів і опор ЛЕП, крайок будівель, а останній відгук, як правило, відповідає поверхні землі або іншої твердої поверхні, наприклад, даху будівлі. Траєкторія руху носія реєструється бортовим приймачем GPS. У поєднанні з заміряне значення похилої дальності і кута сканування це дозволяє безпосередньо отримати абсолютні геодезичні координати елементів сцени, що викликали відображення зондуючого променя [3].

    Наземні лазерні сканери можна розглядати як спрощення сканерів авіаційного базування. При використанні таких приладів сканування здійснюється з Землі і при нерухомому положенні сканерна блоку, тобто елементи зовнішнього орієнтування залишаються незмінними в кожному сеансі. Просторове положення сканера визначається статичними GPS-методами, а його кутова орієнтація за допомогою процедур, близьких до методу зворотного фотограмметричної зарубки [3].

    На жаль, до теперішнього моменту не було

    введено жодного нормативного документа, який би чітко відображав рекомендації і вимоги, що застосовуються до знімальним робіт за допомогою лазерної локації. Тому вимоги, описані в [1] і [2], є чи не єдиним джерелом керівної технічної документації. Відомо, що наземне лазерне сканування описано в [1] як засіб створення та оновлення графічної документації гірничого підприємства. Але як встановити зв'язок між методикою робіт і загальними вимогами до якості робіт, залишається поки на розсуд виконавця і, як правило, безконтрольно.

    Технологія лазерної локації передбачає кілька обов'язкових процедур, що проводяться при кожному новому прийомі вимірювань, кожна з них несе свої похибки. З цих похибок згодом складається загальна, що характеризує відповідність зйомки фактом. Ми можемо апріорно оцінити похибки положення окремої точки або декількох точок в масиві, беручи до уваги технічні характеристики використовуваного обладнання.

    При повітряної лазерної локації процес сканування реалізується за допомогою вимірювання відстані до всіх визначених точок за допомогою імпульсного лазерного безвідбивачевого далекоміра. Вимірювання проводяться з дуже високою швидкістю -Десятки (до 240) тисяч вимірювань в секунду. У лічені хвилини прилад вимірює кілька мільйонів точок, точно повторюють поверхню сканування. В якості випромінювача використовується напівпровідниковий лазер, як правило, ближнього інфрачервоного діапазону, що працює в імпульсному режимі. У кожному елементарному вимірі в процесі сканування реєструються похила дальність до точки відображення і значення кута, що визначає напрямок поширення зондуючого променя в системі координат локатора.

    Залежно від типу лазерного локатора можуть фіксуватися більше п'яти відображень для кожної лінії візування. Така можливість сприяє отриманню більш інформативних лазерно-локаційних зображень, так як в одному елементарному вимірі в процесі сканування можуть бути отримані відгуки відразу від декількох компонентів сцени: перші відгуки будуть отримані за рахунок відбиття від листя рослинності, проводів і опор ЛЕП, крайок будівель, а останній відгук, як правило, відповідає поверхні землі.

    Поточне положення лазерного сканера визначається за допомогою високоточних GPS або GPS / ГЛОНАСС - приймачів, що працюють в диференціальному режимі (одночасна робота GPS-приймачів на сканері і на землі в пунктах поліг-нометріі). Таким чином, вдається точно визначати координати точок відображення лазерного променя. Поєднання заміряних значень похилій дальності і кута сканування дозволяє безпосередньо отримати абсолютні геодезичні координати елементів сцени, що викликали відображення зондуючого променя.

    Використання імпульсного методу дозволяє досягти точності вимірювання дальності не більше 8-10

    см. Це обмеження носить принциповий характер і пов'язане з неможливістю застосування в даний час на авіаційних носіях фазового методу вимірювання, для якого в разі використання джерела випромінювання оптичного діапазону досяжна точність значно вище 1 мм. Точність положення точок в просторі становить до 510 см в плані і 10-20 см по висоті. Проведення зйомки забезпечує точність і повноту даних, необхідних для проведення картографування в масштабі 1: 500 - 1: 2000. При збільшенні висоти зйомки ширина смуги сканування збільшується пропорційно висоті, а точність зменшується.

    Після отримання масиву точок відображення від поверхні землі проводиться їх поділ на точки рослинності (рослинність - напівпрозорий для лазерного сканера об'єкт, т. К. Частина променів відбивається від листя, а частина - від грунту під кроною) і поверхні грунту.

    Виділення точок йде в автоматизованому режимі з використанням методів математичної статистики. Після виділення точок рослинності стає можливим визначити її висоту, тип, діаметр крон і т.п. Виділені точки грунту використовуються для побудови цифрової моделі рельєфу. Хаотичний безліч лазерних точок заміщається більш виразними математичними об'єктами - тріангуляційними (TIN) і регулярними (GRID) поверхнями, геометричними примітивами, каркасними моделями і ін.

    В результаті всі наступні види математичної обробки можуть проводитися в умовах більш комфортних з точки зору обсягу необхідних обчислювальних ресурсів.

    Наземне лазерне сканування на сьогоднішній день найбільш оперативний і продуктивний спосіб отримання точної та найповнішої інформації про просторове об'єкті. Суть технології полягає у визначенні точних просторових координат точок поверхні об'єкта.

    Процес реалізується за допомогою вимірювання відстані до всіх визначених точок за допомогою імпульсного лазерного безвідбивачевого далекоміра. Вимірювання проводяться з дуже високою швидкістю - десятки тисяч вимірів в секунду. Прилад вимірює кілька мільйонів точок, точно повторюють поверхню сканування. На шляху до об'єкту імпульси лазерного далекоміра проходять через систему, що складається з двох дзеркал, відхиляють промінь у вертикальній і горизонтальній площинах. Дзеркала управляються високоточними сервомоторами. Саме вони забезпечують точність визначення напрямку променя, скануючого об'єкт.

    Коли відомі дальність до точки і кут розвороту обох дзеркал, процесор сканера обчислює точні координати кожної точки. Управління лазерним сканером здійснюється з ноутбука за допомогою спеціальних програм. В результаті одного сеансу сканування утворюється хмара точок відображень лазерного променя. Для кожної точки реєструється 3 координати (XYZ) і інтенсивність (I) прийнятого сигналу. ін-

    інтенсивність сигналу залежить від кута між поверхнею, що відбиває і лазерним променем, а також від властивостей самої поверхні.

    Впізнання об'єктів і їх отрисовка в інтерактивному режимі (для забезпечення високої точності) надзвичайно полегшуються при використанні даних цифрової зйомки. Для цього використовуються фотокамери з високою роздільною здатністю, щоб забезпечити отримання кольорових кадрів з дозволом. Зйомка ведеться з тих же точок, що і лазерне сканування, камера закріплюється безпосередньо на лазерному сканері. Після злиття воєдино всіх хмар точок і проведення калібрування фотокамери проводиться розцвічування точок лазерних відображень по серії фотографій.

    Після проведення рекогносцирувальна робіт на об'єкті відбувається закріплення світлоповертаючих марок на сканованих поверхнях. Для кожного сеансу сканування без перестановки штатива потрібно 4-10 марок. Точні відносні або абсолютні координати марок визначаються GPS (на відкритому просторі) або тахеометром з подальшою GPS-прив'язкою (для закритих приміщень і підземних об'єктів).

    Після сканування всіх об'єктів, видимих ​​з даної точки, сканер переставляється на нову позицію. При цьому частина марок може бути переміщена (їх не буде видно), а інша частина повинна залишитися в поле зору нового сеансу сканування для забезпечення безперервності хмар одержуваних точок.

    Забезпечення високоточної прив'язки перекриваються хмар точок здійснюється з використанням GPS-приймачів і електронних тахеометрів.

    Таким чином, стають очевидними джерела формування загальної похибки визначення планових і висотних координат знімальних точок:

    • точність вихідного маркшейдерсько-геодезичного планово-висотного обгрунтування;

    • похибка створення знімального маркшейдер-ско-геодезичного планово-висотного обгрунтування;

    • похибка визначення елементів зовнішнього орієнтування сканера;

    • похибка визначення координат скануючої системи у зовнішній системі координат;

    • похибка визначення окремої знімальному точки.

    А якщо судити про кінцеву точності створення цифрового топографічного плану, то необхідно до всього вищезазначеного набору додати похибки, що виникають при камеральній обробці масивів знімальних точок.

    Щільність знімальних точок задається опціонально, в залежності від поставленого завдання, типу об'єкту, що знімається, виду платформи базування лазерного сканера, і може обчислюватися десятками точок на 1 кв.м сканується поверхні.

    Згідно [1], відстань між пікетами на брівках уступів при зйомці в масштабі 1: 1000 приймається не більше 20 м, якщо бровки уступів складні, і 30 м, якщо бровки витягнуті, близькі до прямолінійним; при зйомці в масштабі 1: 2000 ці відстані приймаються відповідно не більше 30 і 40 м, а якщо бровки прямолінійні на великій відстані - 50 м.

    Виходячи з вищесказаного, автор формулює ряд питань, які потрібно взяти до уваги як гостро потребують вирішення при зйомці ОГР:

    1. Як оцінити фактичну кінцеву похибка положення, наприклад, окремої точки поверхні або контуру на ОГР.

    2. Яка необхідна і достатня точність виконання всіх процедур для чіткого відповідності вимогам [1] і [2], а також для якісного складання математичної моделі поверхні при скануванні порушених поверхонь при ОГР.

    3. Яка необхідна і достатня точність вихідних даних геопозиционирования.

    4. Яка необхідна і достатня щільність точок лазерних відображень для чіткого відповідності вимогам [1] і [2], а також для якісного складання математичної моделі поверхні.

    Рішення поставлених завдань допоможе сформувати остаточну думку про доцільність використання технології лазерної локації при зйомці ОГР і відповідно інших всіляких об'єктів. Також напрацювати методичну базу, яка містить реальні вказівки до виконання робіт з сканирующими системами при зйомках ОГР масштабів 1: 5000, 1: 2000, 1: 1000, 1: 500.

    бібліографічний список

    1. Охорона надр і геолого-маркшейдерський контроль. Інструкція по виробництву маркшейдерських робіт (РД 07603-03). Сер. 07. М .: Федерал. держ. унітарієм. підприємство «Науково-техн. центр з безпеки в пром-ти », 2006. Вип. 15. 120 с.

    2. Інструкція з топографічного знімання у масштабах

    1: 5000, 1: 2000, 1: 1000 і 1: 500. ГКІНП-02-033-82. М .: Недра, 1985. 150 с.

    3. Медведєв Е.М., Данілін І.М., Мельников С.Р. Лазерна локація землі і ліси: навч. посібник. 2-е изд., Перераб. і доп. М .: Геолідар, Геокосмос; Красноярськ: Інститут лісу ім. В.Н. Сукачова СО РАН, 2007. 229 с.


    Ключові слова: Лазерна локація /ПОВІТРЯНИЙ ЛАЗЕРНИЙ СКАНЕР /НАЗЕМНИЙ ЛАЗЕРНИЙ СКАНЕР /ВІДКРИТІ ГІРСЬКІ РОБОТИ /Щільність СКАНУВАННЯ /ТОЧНІСТЬ СКАНУВАННЯ /LASER LOCATION /AIR LASER SCANNER /GROUND LASER SCANNER /OPEN-CAST MINING /SCANNING DENSITY /SCANNING ACCURACY

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити