Методика съёмки карьеров, отвалов и складов на основе применения трехмерных лазерно-сканирующих систем (стр. 1 )

На правах рукописи

НЕСТЕРЕНКО ЕКАТЕРИНА АЛЕКСАНДРОВНА

МЕТОДИКа СЪЁМКИ КАРЬЕРОВ, ОТВАЛОВ И СКЛАДОВ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ЛАЗЕРНО-СКАНИРУЮЩИХ СИСТЕМ

Специальность 25.00.16 – Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург– 2010

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени (техническом университете)

Научный руководитель –

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

кандидат технических наук, доцент

Ведущая организация – по проектированию горнорудных предприятий Гипроруда»

Защита диссертации состоится 30 июня 2010 г. в 16 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.224.08 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени (техническом университете) по адресу 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д. 2, ауд. 1160

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского горного института.

Автореферат разослан

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук,

доцент Ю. Н. КОРНИЛОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования: Крупные успехи в области создания средств измерений на основе лазерно-сканирующих съёмок обеспечивают качественно новые возможности в задачах трёхмерного моделирования объектов маркшейдерских съёмок для программных решений горнотехнических задач. Растёт число горных предприятий, заинтересованных во внедрении инновационных технологий – эффективных и высокопроизводительных систем лазерного сканирования. Тем не менее, предложения рынка таких систем провоцирует внедрение их в практику маркшейдерских работ без должного научно-методического и нормативного обоснования.

Очевидно, что разработка научно и практически обоснованного методического обеспечения маркшейдерских работ на основе современных достижений в области лазерного сканирования является актуальной задачей, востребованной горным производством.

Развитию технологии лазерного сканирования способствовали труды многих ученых, таких как , , и др.

Поиск эффективного и качественного решения маркшейдерских задач на основе автоматизированных и высокопроизводительных лазерно-сканирующих систем послужил основным мотивом представленных исследований.

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 лазерного сканирования.

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:

Предложены аналитические модели геометрических построений взаимного положения 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:

1) разработка методики лазерно-сканирующей съёмки открытых горных работ должна базироваться на классификации, позволяющей оптимизировать съёмочный процесс за счёт комплексного учёта классификационных признаков;

2) количественные параметры технологического процесса съёмки должны быть обоснованы применением специальных аналитических моделей геометрических построений взаимного положения лазерного сканера и объектов съёмки;

3) обоснование точности определения объёма склада полезного ископаемого должно быть построено на аналитических зависимостях, определяемых из моделирования измерительных процессов съёмок.

Методика исследований. Теоретические методы (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 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 , карьеры -ЛСР», карьер ), на карьерах Ковдорского ГОКа, . 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 2009 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 2010 г.) и на заседаниях кафедры “Маркшейдерское дело” СПГГИ(ТУ).

Личный вклад автора

- проведение анализа современных способов съемок карьеров, отвалов и складов и требований нормативных документов к точности их выполнения;

- разработка аналитических моделей для определения количественных параметров технологического процесса лазерного сканирования, позволяющих оптимизировать съёмки конкретных объектов;

- установление аналитических зависимостей погрешности определения объёмов от режимов плотности сканирования.

Публикации. Основное содержание работы отражено в 6 публикациях, 4 из которых в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 4 главы, введение, заключение, библиографический список из 82 наименований. В работе 87 рисунков и 5 таблиц.

Основное содержание работы

В первой главе выполнен анализ современных способов съемок карьеров, отвалов и складов, требований нормативных документов к точности их выполнения. Приведены общие сведения о наземной сканерной съемке, выполнен анализ возможностей ее применения при решении основных задач маркшейдерского обслуживания на карьерах.

Во второй главе приведена классификация карьеров и отвалов, основанная на параметрах, имеющих значение при сканировании. Представлены методы оптимизации процесса съёмки карьеров, складов и отвалов с использованием технологий наземного лазерного сканирования за счёт минимизации числа скан-позиций.

Третья глава посвящена исследованию процессов накопления погрешностей съёмки лазерно-сканирующими системами при определении объёма склада полезного ископаемого.

В четвертой главе описаны основные программные пакеты, используемые для работы с наземными лазерными сканерами. Приведена методика проведения лазерно-сканирующих съёмок и этапы обработки результатов сканирования с целью получения трёхмерной модели карьера.

Основные результаты исследований отражены в защищаемых положениях:

1. Разработка методики лазерно-сканирующей съёмки открытых горных работ должна базироваться на классификации, позволяющей оптимизировать съёмочный процесс за счёт комплексного учёта классификационных признаков