Содержание к диссертации
Введение
1. Рассмотрение возможности использользования технологий наземного лазерного сканирования при решении основных задач маркшейдерского обслуживания на карьерах 12
1.1 .Задачи маркшейдерской службы при открытой разработке месторождений и способы их решения 12
1.2. Съёмка карьеров с помощью оптико-механических и электронных тахеометров 15
1.2.1. Тахеометрический способ съёмки 15
1.2.2. Повышение производительности при съёмке карьеров за счёт использования электронных тахеометров 17
1.2.3. Точность тахеометрической съёмки 19
1.3. Наземная стереофототопографическая съёмка карьеров 21
1.4. Использование наземных лазерных сканеров для съёмки карьеров 23
1.4.1 .Принципиальная схема наземной лазерно-сканирующей системы 23
1.4.2.Применение технологии наземного лазерного сканирования при решении основных задач маркшейдерского обеспечения на карьерах 27
1.4.2.1. Работы по вычислению объёмов породы 27
1.4.2.2. Наблюдение за деформациями 30
1.4.2.3.Определение береговой линии хвостохранилищ 31
1.4.2.4. Маркшейдерское обеспечение буровзрывных работ 32
1.4.2.5. Режим «виртуального» маркшейдера 33
Выводы по первой главе: 34
ГЛАВА 2. Оптимизация наземной лазерно-сканирующей съёмки 36
2.1 .Оптимизация процесса наземной лазерно-сканирующей съёмки складов и отвалов 36
2.1.1.Основные понятия, термины и значения отвального хозяйства в общем комплексе открытых работ 36
2.1.2. Классификация отвалов и складов, основанная на параметрах, имеющих значение при сканировании 37
2.1.3. Оптимизация процесса съёмки складов и отвалов с использованием технологий наземного лазерного сканирования за счёт минимизации числа скан-позиций 38
2.1.3.1.Объект в форме усечённого конуса 43
2.1.3.2. Вытянутая призма с трапециевидным сечением 52
2.1.3.3. Г-образная призма 55
2.2. Оптимизация процесса съёмки карьера за счёт минимизации .числа скан- позиций 60
2.3. Методика получения данных о количестве необходимого числа станций 64
Вывод по второй главе: 67
ГЛАВА 3. Исследование процессов накопления погрешностей съёмки лазерно-сканирующими системами при определении объёма склада полезного ископаемого 68
3.1.Способы определения объёмов и массы породы и полезного ископаемого 68
3.2.Оценка точностных параметров лазерно-сканирующей съёмки на примере определения объёма склада полезного ископаемого способом вертикальных сечений 74
3.2.1. Объект исследования 74
3.2.2. Вывод формулы средней квадратической погрешности функции определения объёма склада 76
3.2.3. Нахождение численного значения средней квадратической ошибки определения площади вертикального сечения 81
3.2.4. Нахождение зависимости ошибки определения площади одного сечения от числа образующих его точек 85
3.2.5. Исследование зависимости ошибки определения объёма склада полезного ископаемого от количества вертикальных сечений и формы объекта 86
3.2.5.1.Объекты вытянутой формы 87
3.2.5.2.Объекты изометрической формы 93
3.2.5.3.Объекты, имеющие форму полусферы 100
3.2.5.4.0бъекты клиновидной формы 103
3.2.6. Параметры съёмки, задаваемые в процессе сканирования 106
Выводы по третьей главе: 110
4. Построение цифровой модели карьеров, отвалов и складов по результатам наземной лазерно-сканирующей съёмки 112
4.1. Технология выполнения работ по наземной лазерно-сканирующей съемке 112
4.1.1. Составление технического проекта 113
4.1.2. Рекогносцировка местности 114
4.1.3. Подготовка планово-высотного обоснования сканерной съёмки
4.1.4. Трёхмерное наземное лазерное сканирования 116
4.1.5.Ориентирование полученных сканов 120
4.1.6. Разбиение на блоки единого скана 124
4.1.7. Классификация точек лазерных отражений 126
4.1.8. Выделение ключевых точек 132
4.1.9. Построение цифровой модели карьера 132
4.2. Программное обеспечение наземных лазерных сканеров 135
Вывод по четвёртой главе: 138
Заключение 140
Библиографический список 142
- Повышение производительности при съёмке карьеров за счёт использования электронных тахеометров
- Оптимизация процесса съёмки складов и отвалов с использованием технологий наземного лазерного сканирования за счёт минимизации числа скан-позиций
- Нахождение численного значения средней квадратической ошибки определения площади вертикального сечения
- Подготовка планово-высотного обоснования сканерной съёмки
Введение к работе
Стремительное развитие технологий в горнодобывающей отрасли обуславливает рост добычи полезных ископаемых, что, в свою очередь, приводит к необходимости создания более совершенных технологий обслуживания производства горных работ, повышения безопасности производства съёмок.
На решение задач маркшейдерского обслуживания на карьерах технический прогресс оказал за последнее десятилетие значительное воздействие. Внедрение электронных тахеометров упростило работу маркшейдера, многократно увеличив скорость и точность производимой съёмки и упростив процесс обработки результатов. Единственным их минусом была невозможность проведения тотальной съёмки, т.е. получения данных об объекте в целом, что имеет значение, например, при необходимости восстановления утраченных планов горных выработок карьера или при неаккуратном ведении разработки с неявно * выраженными уступами и отвалами.
Поэтому внедрение в практику наземных лазерно-сканирующих систем можно назвать наиболее значительным технологическим новшеством' в начале XXI века в маркшейдерии, геодезии и ряде смежных отраслей. Технологии лазерного сканирования решили вопрос дискретности съёмки за счёт крайне высокой плотности снимаемых точек, количество которых может составлять десятки миллионов. Подобная плотность позволяет получать «естественную» трёхмерную модель, объекта, причём ещё на стадии» производства, съёмки. Мгновенная трёхмерная визуализация, высокая точность и степень детализации, высокая производительность труда, комфортные условия полевых работ, получение результата при любых условиях освещения, обеспечение безопасности при съёмке труднодоступных и опасных объектов — вот главные из многочисленных преимуществ» метода перед тахеометрическою съемкой и другими наземными видами съёмки.
Развитию технологии лазерного; сканирования? способствовали труды многих ученых, таких как Данилин И.М., Журкитт И.Г., Карпик А.П., Медведев Е.А., Мельников С.Р., Науменко А.И., Середович В.А. Чибуничев А.Г. и др.
Исходя из объёмов получаемой во время лазерно-сканирующей съёмки информации можно говорить, о необходимости, оптимизировать данный процесс в целях достижения максимальных результатов при« минимальных временных затратах: как непосредственно в процессе съёмки, так и во время обработки. Излишняя информация об? объекте значительно усложняет процедуру создания, трёхмерной модели? объекта,, так как: «перегружает» её многочисленными точками* лазерных отражений; не имеющих отношения- к объекту.
Таким образом, отсутствие приемлемых методик оптимизации- измерительного процесса лазерно-сканирующими системами^ ж способов создания цифровых моделей? карьеров; складов и отвалов? снижает эффективность их использования! на практике; что делает необходимость разработки данных методик актуальной проблемой.
Комплекс выполненных автором исследований! посвящен разработке аналитических моделей основных геометрических построений? съёмки, позволяющих оптимизировать съёмочный^ процесс средствами* наземного лазерного сканирования
Цель диссертационной работы. Разработка методики производства съёмки, средствами; лазерно-сканирующих технологий и пространственного моделирования выработок открытых горных работ (уступов, траншей, полутраншей, подъездных путей на карьерах), складов и отвалов; на основе данных лазерно-сканирующих съёмок.
Основные задачи исследований:
оценка и анализ существующего опыта лазерно-сканирующих съёмок карьеров, отвалов и складов;
разработка и обоснование количественных критериев, определяющих затраты, качество и полноту лазерно-сканирующей съёмки открытых горных выработок, отвалов и складов;
обоснование методических рекомендаций и требований к планированию и проведению лазерно-сканирующих съёмок открытых горных выработок, складов и отвалов;
разработка рекомендаций по пространственному моделированию выработок открытых горных работ, складов и отвалов для решения основных горнотехнических задач;
обоснование методов- оценки погрешностей получаемых пространственно-цифровых моделей отвалов и складов.
Идея работы. С целью повышения эффективности съёмки* карьеров, отвалов и складов следует использовать аналитические модели съёмочного процесса, созданные на основе лазерно-сканирующих систем:
Научная новизна работы заключается в следующем:
Предложены аналитические модели геометрических построений взаимного положения установки лазерного ^сканера и объекта для определения количественных параметров технологического процесса лазерно-сканирующей съёмки, позволяющей оптимизировать съёмки конкретных объектов (карьеров, отвалов, складов).
Для, оценки точностных параметров создаваемых пространственных моделей карьеров, отвалов-и складов установлены аналитические зависимости погрешности определения объёмов от режимов плотности сканирования.
Научные положения, выносимые на защиту:
разработка методики лазерно-сканирующей съёмки открытых горных работ должна базироваться на классификации, позволяющей оптимизировать съёмочный процесс за счёт комплексного учёта классификационных признаков;
количественные параметры технологического процесса съёмки должны быть обоснованы применением специальных аналитических моделей геометрических построений взаимного положения установки лазерного сканера и объекта съёмки;
обоснование точности должно быть основано на аналитических зависимостях, полученных из моделирования измерительных процессов съёмок.
Методы исследований. Теоретические методы (математической» статистики, наименьших квадратов, теория ошибок измерений) использовались для обоснования» оценки погрешностей получаемых пространственно- цифровых моделей отвалов и складов. Экспериментальные методы (анализ данных экспериментальной сканерной съемки карьера, модельные исследования) позволили разработать рекомендации по пространственному моделированию открытых горных выработок, складов и отвалов.
Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается согласованностью теоретических с полученными практическими результатами, их внедрением в производственную деятельность Научно-производственного предприятия «Бента», что подтверждено актом о внедрении.
Научное значение работы:
разработаны аналитические модели геометрических построений взаимного положения установки лазерного сканера и объектов съёмки;
выполнены исследования точности результатов наземного лазерного сканирования;
- разработана методика проведения лазерно-сканирующих съёмок и методика создания трехмерных моделей объектов карьеров, отвалов и складов по данным наземного лазерного сканирования.
Практическое значение работы. Определены оптимальные параметры проведения лазерно-сканирующей съёмки и разработана методика создания трехмерных моделей объектов карьеров, отвалов и складов по данным наземного лазерного сканирования.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Основные положения диссертационной работы рекомендуются к внедрению на карьерах общераспространённых полезных ископаемых Ленинградской области (карьеры ОАО «Рудас», карьеры ОАО «Победа-ЛСР», карьер ОАО «Ленинградсланец»), на карьерах Ковдорского ГОКа, ОАО" «Апатиты». На основе результатов проведённых исследований будут сформулированы рекомендации по выполнению сканерной съёмки для> решения» практических задач. Практические результаты рекомендуются к внедрению в учебный процесс.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научно- технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Проблемы* природопользования" (СПГГИ(ТУ), апрель 2007 г.), конференции Краковского научно-технического университета (Польша, декабрь 2008 г.), Научно-практической конференции молодых учёных и специалистов "Инновационное развитие горно-металлургической отрасли" (Троицк, ноябрь
г.),научный симпозиум "Неделя горняка-2010" (Москва, МГГУ, 2010 г.), научный семинар "Актуальные проблемы применения современных средств получения и обработки геопространственных данных" (СПГГИ(ТУ), март
г.) и на заседаниях кафедры "Маркшейдерское дело" СПГГИ(ТУ).
Личный вклад автора
- проведение анализа современных видов съемок карьеров, отвалов и складов и требований нормативных документов к точности их выполнения;
разработка аналитических моделей для определения количественных параметров технологического процесса лазерно-сканирующей съёмки, позволяющей оптимизировать съёмки конкретных объектов;
установление аналитических зависимостей погрешности определения объёмов от режимов плотности сканирования.
Публикации. Основное содержание работы отражено в 6 публикациях [39,61,79,80,81,82], четыре из которых в изданиях, рекомендованных ВАК.
Автор считает своим долгом выразить глубокую признательность научному руководителю Гусеву Владимиру Николаевичу, коллективу кафедр "Маркшейдерского дело" и "Инженерной геодезии" СПГГИ(ТУ), а также специалистам НЛП "Бента".
Повышение производительности при съёмке карьеров за счёт использования электронных тахеометров
Тахеометрическую съемку карьеров вьтошшоъ теодолитом-тахеометром: с точностью отсчетных приспособлений вертикального круга не менее- 1 . Съемку выполняют с пунктов« съемочной сети; в случае необходимости определяют дополнительные (висячие) пункты. Расстояние от инструмента до- реечных точек не должно превышать ЮКм (Г— увеличение трубы).
Расстояния между пикетами на бровках уступов при? съемке в масштабе 1:1000 принимают не более 20 м, если бровки уступов сложные, и:30 м, если бровки вытянутые, близкие к прямолинейным; при съемке в масштабе 1:2000 эти расстояния принимают не более 30 и 40 м соответственно, а-если бровки, прямолинейны на большом-протяжении - 50 м. При съемке внутренних отвалов вскрышных пород в масштабе 1:5000 расстояния.между пикетами принимают не более 100 м; при съемке поверхностей взорванных пород в масштабе 1:1000 - 10 м; в масштабе 1:2000 -20 м. Значительно повысить производительность данной съёмки позволяет использование электронных тахеометров.
Электронный тахеометр — это многофункциональный геодезический прибор, представляющий собой комбинацию-кодового теодолита, встроенного светодальномера или лазера и специализированного мини-компьютера, который производит любые угломерные измерения одновременно с измерением расстояний и по полученным данным проводит инженерные вычисления, сохраняя всю полученную-информацию[59].
К настоящему времени разработано и производится большое число-типов электронных тахеометров, различающихся конструктивными особенностями, точностью и назначением. Электронные тахеометры, могут работать как в отражательном режиме (наблюдатель ведет измерения на специальные устройства - отражатели, призмы, отражающие марки) так и в безотражательном режиме (наблюдения ведутся непосредственно на наблюдаемый объект).
В электронных тахеометрах расстояния измеряются в основном фазовым способом (по сдвигу фаз), а так же по времени прохождения луча лазера до отражателя и обратно. Дальность измерения зависит от технических возможностей модели тахеометра, а также от многих внешних параметров: температура, давление, влажность и т.п: Диапазон измерения расстояний зависит также от режима работы тахеометра: отражательный или безотражательный. Для режима с отражателем (призмой) - до пяти километров (при нескольких призмах еще дальше); для безотражательного режима - до одного километра. Модели тахеометров, которые имеют безотражательный режим, могут измерять расстояния практически до любой поверхности. Точность угловых измерений современным тахеометром достигает одной угловой секунды (000 01"), а расстояний - до 1 мм.
Электронный тахеометр автоматически учитывает при измерениях влияние кривизны Земли и рефракции атмосферы. Для производства геодезических работ с использованием электронных тахеометров» применяют специальные отражательные системы. Компьютерные тахеометры — современные электронные тахеометры, обеспечивающие прямой обмен информацией с полевыми и базовыми персональными компьютерами, снабжённые сервоприводами, дистанционным компьютерным управлением, системами автоматического слежения за целью и набором универсальных, полевых геодезических программ [60].
При оценке точности результатов съемки относительно пунктов опорной сети карьера следует учитывать погрешности, допущенные при создании сети пунктов съемочного обоснования и возникающие при самой детальной-съемке, т.е. при плановых и высотных измерениях, а также при графической накладке результатов съемки на план.
На сегодняшний день на рынке электронных тахеометров- существует широкий спектр приборов, отличающихся-как по цене, так и по точностным характеристикам и выполняемым функциям. Все тахеометры, можно» разделить на три основные группы:
Простейшие электронные тахеометры. Это самые простые по выполняемым функциям электронные тахеометры. Запись данных производится, как правило, во внутреннюю память (если такая.существует) или на внешний накопитель. Производят самые простые функции измерений и вычисления (горизонтальное проложение, превышение). Угловая точность таких приборов находится в пределах 5" - 6", линейная1 около 3-5 мм. Дальность измерения расстояния не превышает 1100 — 1500 м по одной призме.
Ко второму типу электронных тахеометров относятся приборы среднего класса (электронные тахеометры Leica, Nikon, Trimble): Эти тахеометры несколько дороже, но получили наиболее широкое, распространение. Они имеют встроенное программное обеспечение для производства практически всего спектра геодезических работ (развитие геодезических сетей, съемка ивынос в натуру, решение задача координатной геометрии: прямая и обратная, геодезическая задача, расчет площадей, вычисление засечек); Угловая точность у таких приборов может быть от 1" до 5" в зависимости от класса точности.
К третьему типу можно отнести электронные тахеометры- оснащенные сервоприводом, что позволяет выполнять роботизированные измерения. Эти приборы могут самостоятельно наводиться на специальный активный отражатель и производить измерения. В дополнение прибор с сервоприводом может оснащаться специальной системой управления; по радио, при этом съемку может производить только1 один человек, находясь непосредственно на измеряемой точке. Подобная! схема съемки увеличивает производительность проведенияюъемочных работ примерно на 80% процентов; [65]:
Недостатком используемого при тахеометрической? съёмке является то, что определённое по результатам глазомерной оценки местоположение пунктов закрепляют на местности, и все упущения при: оценках: полноты съёмки с закреплённых точек, которые были сделаны с недостаточной долей; объективности, проявляются- при выполнении непосредственное съёмочных работ с закреплённых точек съёмочного обоснования; К упущениям относятся неудачно выбранное расположение пунктов съёмочного обоснования: или их количественный недостаток. В этом случае используют переходные пункты, вставляемые от ближайшего опорного геодезического пункта, или пункта съёмочного обоснования, что увеличивает объём съёмочных работ.
Оптимизация процесса съёмки складов и отвалов с использованием технологий наземного лазерного сканирования за счёт минимизации числа скан-позиций
На этапе составления технического проекта регламентируется требуемая точность построения трехмерной модели объекта, или цифрового плана или содержание и детализация их, необходимый формат (расширение) готовой продукции, используемое оборудование, стоимость проведения работ и обработки результатов. При необходимости уточняются вопросы о дополнительной семантической информации на каждый объект.
С учетом конкретных условий местности выбирается рациональный способ создания и сгущения съемочного обоснования. Выбор каждой точки съемочного обоснования зависит от того, как она будет использоваться в процессе съемки. Также во время рекогносцировки выбираются точки расположения сканера, места размещения специальных марок, уточняются сроки проведения работ и т.п. Количество точек стояния в зависимости от требуемой точности и геометрических параметров снимаемого объекта (карьера, отвала, склада) определяется; используя методику, описанную выше, во второй главе данной диссертационной работы.
По завершении рекогносцировки составляются абрисы на снимаемую территорию. От полноты абрисов зависит надежность дальнейшего дешифрирования объектов съемки по точечной модели в камеральных условиях.
При съемке малозастроенных территорий (карьеров) абрисы, лучше, составлять по точечной модели объекта (полученные после наземного лазерного сканирования) распечатанной на бумаге в ортогональной проекции, аналогично, как выполняется полевое дешифрирование объектов по фотопланам. Такой подход позволяет упростить процесс составления абрисов, так как на точечной модели будут отображены все объекты в едином масштабе, и ее необходимо дополнить только семантической информацией[53].
Планово-высотное обоснование необходимо для создания трехмерных моделей и крупномасштабных планов местности и в заданной системе координат и включает следующие процессы: — составление проекта сети основного и рабочего планово-высотного обоснования; - закрепление точек основного планово-высотного обоснования; - полевые измерения по планово-высотной привязке точек основного обоснования; - камеральная обработка, включающая следующие этапы: уравнивание результатов полевых измерений и составление каталога координат точек основного планово-высотного обоснования; - оценка точности создания основного съемочного обоснования[53]. Основное планово-высотное обоснование создаётся путём использования: 1) GPS-измерений (в основном на открытых участках съёмки); 2) традиционных линейно-угловых измерений электронными тахеометрами (или теодолитами и светодальномерами); 3) использованием комбинации GPS-измерений и линейно-угловых измерений. Вычисление координат пунктов основного съемочного обоснования, а также оценка точности его создания осуществляются в зависимости от выбранного способа координатной привязки и программного обеспечения. Рабочее планово-высотное обоснование (система марок внешнего ориентирования сканов) создаётся на базе основного ПВО по одной из схем на рис. 4.2. По этой схеме станции установки лазерного сканера (скан-позиции) выбираются из расчёта охвата всей снимаемой площади. Марки внешнего ориентирования (точки рабочего ПВО) устанавливаются из расчёта, чтобы в поле зрения ЛСС попали не менее 4-х марок внешнего ориентирования. Точки основного ПВО необходимо располагать таким образом, чтобы с них электронным тахеометром можно было передать координаты в принятой на карьере системе на марки внешнего ориентирования каждой из скан-позиций (станций установки лазерного сканера). Точек основного ПВО, как правило, должно быть не менее двух. В случае необходимости, их число увеличивают до 3-х, 4-х и т.д. Число скан-позиций в процессе съёмок также может быть добавлено. Схема 3: комбинированное ПВО (рис. 4.2). Лазерно-сканирующая съёмка в этом случае производится согласно методикам, изложенным для Схемы 1 и Схемы 2. Непосредственно сам процесс съёмки заключается в следующем: 1) установка на запроектированной точке сканера на штатив, высота которого задается такой, чтобы обеспечить максимальный охват интересуемого объекта на одном скане; 2) расстановка вокруг сканера специальных марок, которые являются точками рабочего съемочного обоснования. Виды специальных марок представлены на рисунке 4.3. Плоские марки обычно используются для ориентирования сканов относительно внешней системы координат, объемные марки — для взаимного ориентирования (подсоединения) сканов;
Нахождение численного значения средней квадратической ошибки определения площади вертикального сечения
Если необходимо сохранять координаты точек лазерных отражений до миллиметров, то формально абсолютные значения X,Y и Z не должны превышать от -5000 до +5000 метров [27].
Ориентирование сканов в единой системе координат (в системе координат карьера) происходит по одному из двух вариантов: 1-й вариант. Произвести регистрацию сканов в единой системе координат, действуя по стандартной методике «сшивки» сканов в программной среде, поставляемой вместе с лазерно-сканирующей системой.
Исходные сканы по отдельности не всегда равномерно покрывают поверхность съемки, так как присутствуют выступающие формы рельефа, закрывающие часть площади. Только совокупность сканов (если качественно выполнены съемочные работы) обеспечивает полноту съемки, а не отдельные сканы.
Объединённый скан имеет как ряд положительных, так и ряд отрицательных свойств. За счёт того, что такой скан содержит в себе информацию о миллионах точек (координаты точки, интенсивность и т.д.), объём памяти, занимаемый таким файлом, может достигать, в зависимости от размеров снимаемого объекта, нескольких десятков и даже сотен мегабайт. Проводить обработку такого файла трудно в неспециализированных программных средах (например, в AutoCAD). Поэтому возможен второй вариант обработки полученных данных. 2-й вариант. В программной среде AutoCAD (или Autodesk Civil 3D и др. аналогичных программах) предварительно оцифровывается каждый в отдельности скан вместе с точками рабочего и основного ПВО, освобождаясь этим самым от облаков точек лазерных отражений (TJIO). Пользуясь операционными возможностями программы, сводят в единую модель оцифрованные сканы по точкам рабочего ПВО и затем по координатам основного ПВО производят ориентирование модели в системе координат, принятой на карьере [17].
Ориентирование сканов по 2-му варианту методически осуществляется следующим образом: 1. Вокруг сканерной станции I (схема 1 на рис.4.2) устанавливаются 6 и более специальных марок, по которым геодезическим методом определяются пространственные координаты во внешней системе координат. Со станции II (скан-позиция II) в поле зрения сканера должно попадать 4 и более марок, отобразившихся на скане I и не менее 3 марок, которые будут видны со станции III и т. д. 2. Точки основного ПВО необходимо расположить таким образом, чтобы как минимум на одном из сканов их можно было найти и обозначить при загруженных TJIO скана в AutoCAD (или Autodesk Civil 3D и др. аналогичные программы). Для дешифрирования на скане точек основного ПВО во время сканирования на одной из точек оставляется электронный тахеометр, на другой — отражающая призма, что позволяет однозначно определить по TJIO скана их положение и соответственно положение точек основного ПВО. 3.Облако TJIO одного из полученных сканов загружают в AutoCAD vi производят его оцифровку, т.е. обрисовывают уступы, отвалы и другие объекты, относящиеся к карьеру, наносят точки рабочего ПВО (марки внешнего ориентирования), попавшие на этот скан. При этом на одном (двух, трёх и т.д.) из сканов будут отображены точки основного ПВО, которые также необходимо нанести в добавление к построенным контурам и нанесённым точкам рабочего ПВО. Затем удаляют TJIO, оставляя обрисованные контуры участка карьера, попавшего на этот скан, точки рабочего обоснования (марки внешнего ориентирования) и точки основного ПВО (на отдельных сканах). Создаётся блок обрисованной части карьера, который можно перемещать в любом направлении внутри виртуального пространства AutoCADs. Такой обработке в среде AutoCAD подвергаются все сканы, полученные с других скан-позиций (I, II, III,..., IX, см. схему на рис.4.2).
Используя точки рабочего ПВО (марки внешнего ориентирования), в виртуальном пространстве сначала соединяют в единую модель обрисованные (оцифрованные) блоки участков карьера. Затем в AutoCAD в принятой на карьере системе координат загружают точки основного ПВО и с ними производят совмещение этих же точек единой модели карьера, перемещая и поворачивая эту модель в виртуальном пространстве.
Данный вариант последовательности действий при обработке данных, полученных при сканировании объекта (карьера, отвала) подразумевает обработку в первую очередь облаков точек с каждой точки стояния, а затем совмещение их в единый скан. Но зачастую без полного скана объекта затруднительно получить о нём представление, например, при съёмке отвала. Поэтому в дальнейшем рассматривается ориентирование сканов по первому варианту (сшивка сканов в программной среде, поставляемой с лазерным сканером).
Подготовка планово-высотного обоснования сканерной съёмки
При классификации полезнее относить к земной поверхности как можно меньше точек. При этом поиск и точное определение местоположения углублений в земле значительно упроститься, потому что затруднительно найти впоследствии нижележащие точки, которые уже были классифицированы в качестве земной поверхности.
Перед запуском процедуры автоматической классификации земли желательно провести классификацию вручную, если на скане несколько значительных строений, размеры которых препятствуют использованию автоматических процедур. Автоматическая классификация подразумевает вероятность нахождения на скане зданий, приблизительные максимальные размеры которых уже внесены в установки процедуры классифицирования (60 м). Однозначное установление размеров здания необходимо для правильного отнесения точек к классу земли, т.к. при построении триангуляционной поверхности на крыше здания программа может ошибочно принять её плоскую поверхность за земную поверхность.
Также необходимо-классифицировать вручную вершины холмов, потому что программа может проигнорировать точки, относящиеся именно к наивысшим точкам холма, задействовать в построении триангуляционной поверхности соседние точки и таким образом сгладить вершину.
Программное обеспечение позволяет отсеивать также точки, находящиеся значительно ниже уровня поверхности земли. Эти точки хорошо видны на вертикальном разрезе. Также ПО снабжено специальными функциями, которые в автоматическом режиме указывают на существование таких точек. Принятие решения происходит, основываясь на высотных отметках исследуемых точек. Программа отбирает из точек земной- поверхности те, что находятся- ниже на определённую величину в метрах (как правило в целях исключения ошибок, берут 1,0 м) и отправляет эти точки на другой слой ("low points"). Т.е. точки, находящиеся ниже 1,0 м от поверхности земли, образуют свой класс (слой).
В случае, если на скане имеются участки водной поверхности, можно принять их высотные отметки за нижнюю границу, какую могут принимать точки земной поверхности. Но подобный метод даёт лишь грубую оценку и приблизительные результаты.
Нельзя исключать и существование собственно поверхности, лежащей ниже уровня земной поверхности. Для отбора точек в целях помещения на подобный слой ("below surface") есть определённые процедуры. Они позволяют с помощью подбора значений девиации подобрать оптимальное.
В процессе обработки часто возникают спорные точки, их высотные отметки и месторасположение не позволяет построить достоверную ЦМР. Например, при прохождении лазерного луча сквозь стеклянные крыши зданий, полученные точки лазерных отражений нарушают достоверность отстраиваемой по точкам поверхности крыши здания. Для того, чтобы удаление таких точек было правомерным, при рассмотрении скана необходимо подгружать также полученные при съёмке фотографии.
По отобранным таким образом точкам строится триангуляционная поверхность. Процесс построения треугольников, образующих поверхность,
Специальные протоколы не позволяют задействовать в построении треугольников точки больших по площади одноэтажных зданий. Относительное превышение этих точек над поверхностью земли невелико, поэтому и необходимо задействовать протоколы, которые бы обеспечивали выделение зданий как отдельных объектов и не позволяли бы относить данные точки к земной поверхности.
Полученную в конечном счёте триангуляционную сеть можно проконтролировать с помощью построения затенённой поверхности, окрашенной в различные цвета, присущие рельефу [82].
Ключевыми точками мы можем назвать характерные точки рельефа, т.е. без которых нельзя построить достоверную и информационно полную ЦМР. В случае скана карьера ключевыми точками можно назвать точки, описывающие бровки уступов. При проведении съёмки с помощью электронного тахеометра такие точки были бы выбраны в качестве пикетных для нанесения бровок на план горных выработок.
Необходимо постараться максимально грамотно выделить среди миллионов остальных подобные точки. Зачастую удаление целого ряда точек не внесёт существенных изменений в полученную в конечном счёте модель рельефа, если они будут нести только уточняющую, избыточную информацию. Но существуют точки, удаление которых в процессе фильтрации и классификации повлечёт за собой неотвратимое изменение модели и, соответственно, искажение передачи существующей действительности.
Как вывод можно заметить, что необходимо оградить ключевые точки от удаления в процессе обработки.
Построение цифровой модели рельефа заключается в построении триангуляционной поверхности по выделенным точкам. Размеры сторон отстраиваемых треугольников варьируются в широком диапазоне от сотых метра до десятков метров. Необходимо определить их оптимальные размеры для того, чтобы модель рельефа не получилась большой по величине занимаемого объёма памяти и перегруженной избыточной информацией. С другой стороны, триангуляционная сеть и построенная на её основе ЦМР должна являться достоверным источником информации о рельефе местности, т.е. иметь размеры сторон треугольников, исключающие неправомерное сглаживание рельефа (рис.4.14).
