авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Трехмерное наземное лазерное сканирование в решении задач геоинформационного обеспечения инфраструктуры горнодобывающих предприятий

-- [ Страница 2 ] --

Выбор метода измерений при геодезическом контроле промышленных сооружений и оборудования горных предприятий, в первую очередь, зависит от решаемых задач и точностных требований.

При комплексном обследовании промышленных зданий и сооружений стандартными методами основную трудность представляют объекты производственных цехов, имеющие сложную пространственную структуру.

При использовании стандартной геодезической съемки для создания трехмерной модели оператору необходимо производить точечные измерения по каждому элементу в отдельности, составлять абрис, делать фотографии с указанием направления снимка, его пространственного положения, формы, размера. На основании всего этого обработчик может представить себе общую картину объекта, и о результатах измерений можно будет судить только после их камеральной обработки.

При тахеометрической съемке получаются единичные измерения, поэтому и построения производят путем наложения графических примитивов на характерные точки, что приводит к увеличению погрешности при моделировании и значительным временным затратам.

При лазерном сканировании мы получаем полную информацию об измеряемом объекте в режиме реального времени, а полнота и качество данных позволяют вести их обработку без составления дополнительных абрисов и в кратчайшие сроки. При камеральной обработке данных лазерного сканирования элементы правильной математической формы вписываются в «облака точек» в автоматическом режиме.

Для сравнения, время, затраченное на создание трехмерной модели фрагмента, представленного на рис. 3, методом тахеометрии составило 8 человеко-часов. С помощью лазерного сканирования этот же фрагмент был обработан за 3 человеко-часа.

а б

Рис. 3 Фрагмент корпуса мелкого дробления:
а - тахеометрическая съемка (+-измерения); б - ТНЛС

Точность съемки методом ТНЛС позволяет выполнять геодезический контроль многих элементов производственных цехов, соответствуя при этом действующим нормативным документам. В случае, когда точностные параметры сканирующей системы превышают в 0,2 раза величины отклонений, допускаемых в прописанных нормах и правилах, необходимо выполнять измерения более точными геодезическими приборами.

2. Выбор методики проведения маркшейдерских и геодезических работ методом трехмерного наземного лазерного сканирования на объектах горнодобывающей промышленности определяется тремя группами параметров: геометрией исследуемого объекта, техническими характеристиками используемого оборудования, масштабом выполняемой съемки.

На основании данных лазерного сканирования в условиях Жирекенского ГОКа были выполнены следующие работы: создание топографического плана, съемка производственных цехов фабрики, маркшейдерские съемки на карьере, вычисление объемов рудных складов.

Перед началом выполнения полевых работ ЛС на промышленной площадке необходимо было создать дополнительные рабочие пункты планового и высотного обоснования (ПВО) для ориентирования точек стояния сканера в систему координат Заказчика. В качестве рабочих пунктов ПВО выступали специальные светоотражающие сканерные марки. Пункты рабочего ПВО располагались таким образом, чтобы с различных точек стояния наземного ЛС в зону перекрытия сканов попадало не менее трех пунктов рабочей сети. Основное расположение пунктов основного и рабочего ПВО изображено на рис. 4.

 хема расположения основных и рабочих пунктов ПВО для проведения работ ТНЛС: -13

Рис. 4 Схема расположения основных и рабочих пунктов ПВО

для проведения работ ТНЛС:

S1, S2, S3 – пункты основного ПВО; SW1...SW4 – точки стояния ЛС, t1..t10 – пункты рабочего ПВО

Размещение рабочих пунктов ПВО в зонах перекрытия сканов не является необходимым, если пункты закоординированы с основного ПВО. Но практика доказала, что избыточность измерений и создание замкнутого сканерного хода повышают точность и надежность ориентирования «облаков точек» в единую систему координат.

За пять полевых рабочих дней были выполнены все замеры для создания топографического плана 1:500 на промышленную территорию Жирекенского ГОКа площадью 15 га. Полученная трехмерная модель в виде «облака точек» отображает ориентацию, расположение, геометрию каждого объекта инфраструктуры площадки, включая автодороги, пешеходные дорожки, трубопроводы, линии электропередач.

Практический опыт показал также, что применение технологии ТНЛС для создания топографических планов крупного масштаба позволяет сократить время полевых работ до 5 раз по сравнению с традиционными методами, улучшить качество и полноту измерений, производить оперативный контроль полевых измерений в режиме реального времени.

При съемке внутренних помещений производственных цехов Жирекенского ГОКа технология ТНЛС использовалась совместно со стандартными методами геодезической съемки.

В таких местах, где установка ЛС была затруднительна или нецелесообразна (подвальные помещения, конвейерные галереи, дренажные системы), съемка осуществлялась электронным тахеометром или электронными лазерными дальномерами.

Открытая этажность помещения позволила «тянуть» сканерный ход и проводить координатную увязку точек стояния сканера по визирным маркам. В помещениях, где отсутствовала возможность проложения сканерного хода, координаты визирных целей определялись с помощью тахеометра.

Шаг сканирования определялся в зависимости от расстояния точки стояния сканера до объекта съемки и от минимального размера детали объекта, которая должна быть отображена на трехмерной модели в соответствии с требованиями технического задания. Среднее значение шага сканирования составило 7 мм на расстоянии 15 м.

За время выполнения проекта (2 месяца полевых работ) была выполнена съемка 7 производственных корпусов обогатительной фабрики.

При проведении маркшейдерской съемки карьера с целью обновления горно-графической документации использовался ЛС Leica ScanStation 2. Исходя из технических характеристик ЛС, для съемки карьера площадью 100 га необходимо было многократно переставлять сканер. Для обеспечения покрытия точками лазерного сканирования всей площади карьера потребовалась 191 точка стояния ЛС.

Для объединения точек стояния ЛС в единую систему координат были выделены и проанализированы следующие подходы:

  1. Объединение по визирным целям – является трудозатратным на открытых горных выработках, так как необходимо вокруг сканера на вехах расставлять минимум 4 отражающие марки и координировать их с помощью тахеометра. При этом каждая марка должна быть детально отсканирована на каждой точке стояния сканера, что и требует значительных временных затрат.
  2. По характерным точкам – преимущества данного метода заключаются в том, что можно единожды закоординировать характерные точки и использовать их в дальнейшем при повторении замеров как рабочие пункты ПВО. Минусы связаны с детальным сканированием каждого пункта с высоким разрешением (увеличивается время полевых работ) и высокой вероятностью утраты пункта при проведении горных работ.
  3. Ориентирование лазерного сканера непосредственно перед началом измерений – является наиболее удобным способом только при заранее подготовленной опорной сети. Для этого необходимо на борту карьера расположить парные пункты ПВО, расстояние между ними должно составлять не более 50 метров. Для удобства установки лазерного сканера на точку с известными координатами первый пункт ПВО оснащен столиком с отверстием для винта крепления трегера, а второй пункт ПВО, на который будет ориентироваться сканер, будет представлять собой металлический штырь, в основании которого имеется винтовая резьба для крепления сканерной марки.

Выбор точек стояния ЛС на борту карьера и зоны перекрытия сканов между собой определяются геометрическими параметрами карьеров, характеристиками используемого оборудования, масштабом съемки. Математическая зависимость этих трех основных параметров определяется (рис. 5):

 еометрия расположения точек стояния лазерного сканера A и B – точки стояния-14

Рис. 5 Геометрия расположения точек стояния лазерного сканера

A и B – точки стояния лазерного сканера, AN=MB=R – дальность действия лазерного сканера, MN=p – расстояние между тремя пикетами (определяется инструкцией), AO=k, ON=d, MO=c, OB=b, MN=p, AB=0,636 R;

; b=R-c; ; 0,636Rc=pR-pc; 0,636Rc+pc=pR;

c= ; (3)

; k=R-d; ; 0,636Rd=pR-pd; 0,636Rd+pd=pR;

d= ; (4)

sin=; =2arcsin=2arcsin=2arcsin (5)

Преимущества данного способа заключаются в сокращении времени полевых и камеральных работ на ориентирование ЛС в пространстве, и увязка осуществляется без дополнительных средств измерений.

Результаты маркшейдерского замера на карьере методом ТНЛС (детальная трехмерная модель карьера) являются основой для дальнейшего проведения работ маркшейдерской службой по наблюдению за состоянием бортов карьера, по учету перемещения, добычи и потерь полезного ископаемого, по отслеживанию динамики развития горных работ.

На основании данных лазерного сканирования для восстановления проектной документации с целью проведения работ реконструкции по трехмерным моделям (рис. 6) производственных цехов было выполнено построение основных чертежей. Создание чертежей производилось путем набора секущих плоскостей с заданным шагом по трехмерным моделям производственных цехов.

Рис. 6 Цифровая трехмерная модель промышленной площадки Жирекенского ГОКа

На основе данных ТНЛС были определены пролеты конструкций, их расположение и шаг в плане, размеры поперечных сечений, высота помещений, отметки характерных узлов, расстояния между узлами.

По результатам измерений были построены метричные трехмерные модели, на основе которых Заказчик мог самостоятельно в своем программном продукте производить построение планов с фактическим расположением конструкций, создавать разрезы зданий или рабочие чертежи технологического оборудования, производить построение технологических схем.

3. Необходимость создания интерактивных систем управления горнодобывающих предприятий для систематизации и оперирования большим количеством разнородных данных, полученных на основе трехмерного наземного лазерного сканирования.

Для структурирования и анализа пространственных данных предложено создать интерактивную трехмерную систему на территорию Жирекенского ГОКа. Принципиальная функциональная схема интерактивной системы представлена на рис. 7.

Система представляет собой виртуальную 3D сцену промышленного объекта, в которой осуществлена возможность перемещения по трехмерному пространству в реальном режиме времени.

Функционал системы позволяет оперировать большим количеством взаимосвязанных между собой разнородных данных. На основе такой системы реализуется возможность обучения персонала в учебном классе в условиях, максимально приближенных к реальности.

Интегрированные в интерактивную систему трехмерные модели, созданные по данным лазерного сканирования, отображают ситуацию на промышленной площадке на момент съемки, что позволяет разработать мероприятия по прогнозированию и ликвидации ЧС: проектирование систем безопасности, создание автоматизированных систем для принятия управленческих решений, устранение технических неисправностей, моделирование возможных ЧС и пути их предотвращения и многое другое.

 аполнение функциональными модулями интерактивной системы ЗАКЛЮЧЕНИЕ -27

Рис. 7 Наполнение функциональными модулями интерактивной системы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой решается актуальная научно-практическая задача по маркшейдерскому и геодезическому обеспечению объектов горнодобывающей промышленности методом трехмерного наземного лазерного сканирования.

Предложенная методика охватывает все процессы полевых измерений и камеральной обработки данных с последующим получением конечного результата для решения задач маркшейдерской службы горного предприятия, задач реконструкции, строительства и промышленной безопасности.

В диссертации были решены следующие задачи:

1. Выполнен анализ соответствия технологии трехмерного наземного лазерного сканирования существующим нормативным документам по маркшейдерским и геодезическим работам на объектах горной промышленности.

2. Произведен сравнительный анализ измерений по данным лазерной съемки и традиционных методов получения геодезической информации.

3. Определены и обоснованы основные требования к наземным сканирующим системам для выполнения маркшейдерско-геодезических работ на территории горнодобывающего предприятия.

4. На основе практических данных разработана методика проведения маркшейдерско-геодезических работ методом трехмерного наземного лазерного сканирования на территорию горнодобывающего предприятия для решения основных задач маркшейдерского обеспечения на карьерах, получения цифровых топографических планов промышленной площадки, создания трехмерных моделей производственных цехов.

5. Разработана методика обработки данных трехмерного наземного лазерного сканирования для создания трехмерных моделей объектов горной промышленности.

6. Разработана методика получения необходимых результатов по данным трехмерного наземного лазерного сканирования при проведении работ реконструкции.

7. Разработан алгоритм конвертации данных из AutoCad Civil 3D в интерактивную систему.

8. Создана интерактивная система для использования данных трехмерного моделирования. Данная система решает основные функциональные задачи маркшейдерской службы, а также позволяет проводить мероприятия по прогнозированию ЧС.

Предложенные методики прошли апробацию на конкретном объекте горной промышленности, а результаты исследований были внедрены в технологические процессы действующего горно-обогатительного комбината.

Основные публикации по теме диссертации

В ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК России:

  1. Акулова Е.А., Крутиков Д.В. Применение наземного лазерного сканирования для создания цифровой модели местности // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. – 2009. – №8 – C. 73-78.
  2. Крутиков Д.В. Контроль строительства базы производственного обслуживания Приморского нефтеперерабатывающего завода // Известия высших учебных заведений. Горный журнал – 2011. – №3 – C. 19-22.

В научных сборниках, журналах и материалах конференций:

  1. Крутиков Д.В., Барабанщикова Н.С. Моделирует лазерный сканер // Технадзор. – 2010. – №3 – C. 112-113.
  2. Крутиков Д.В., Коршунов М.Е. Опыт разработки системы информационного обеспечения при управлении рисками чрезвычайных ситуаций // Системы связи, оповещения, автоматизации и безопасности МЧС России: сб. ст. – М., 2010. – C. 160-161.
  3. Крутиков Д.В., Барабанщикова Н.С. Трехмерное моделирование промышленных объектов методом наземного лазерного сканирования // Проблемы недропользования: материалы IV Всероссийской молодежной научно-практической конференции. – Екатеринбург, 2010. – C. 476-483.
  4. Крутиков Д.В. Методика трехмерного лазерного сканирования для задач геоинформационного мониторинга инфраструктуры горно-обогатительной фабрики // Уральская горная школа – регионам: сборник докладов. – Екатеринбург, 2011. – C. 214-215.
  5. Крутиков Д.В., Барабанщикова Н.С. Прогнозирование возникновения чрезвычайных ситуаций на взрывопожароопасных объектах на основе данных лазерного сканирования // Проблемы недропользования: материалы IV Всероссийской молодежной научно-практической конференции. – Уфа, 2010. – C. 11-14.

Подписано в печать 28.10.2011 г. Формат 60х84 1/16

Бумага писчая. Печать на ризографе.

Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ

Издательство Уральского государственного горного университета

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30

Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники УГГУ



Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.