Построение трехмерных моделей подземных горных выработок из облаков точек
Д.Р. Харисов — технический специалист Micromine.Применение лазерных сканирующих систем при съемке отработанных пространств камер на подземных горных работах получило широкое распространение на горных предприятиях нашей страны. Быстрое проникновение лазерных сканирующих систем объяснялось их высокой производительностью и безопасностью ведения полевых работ, при этом скорость обработки камеральных работ увеличивалась в разы, и даже в десятки раз. Но главным преимуществом применения лазерных сканирующих систем оставалась высокая достоверность съемки и большое количество съемочных точек, в высокой степени повторяющих форму снимаемой поверхности или рельефа. С недавнего времени горные предприятия начали использовать сканеры в том числе для получения трехмерных моделей горных выработок. На протяжении долгого периода времени построение корректных каркасов по облакам точек было большим вызовом для маркшейдерских служб, так как не всегда удавалось снять выработку сразу после проходки, соответственно большое количество шумов, таких как вентиляционные рукава, транспорт и пр. значительно усложняло процесс построения модели выработки. В новой версии Micromine компанией была представлена новая функция Облако точек в Солид, которая позволила решить проблему построения каркасов по внешней оболочке облака точек.
Необходимость выполнения съемочных работ по пройденным подземным выработкам вызвана в первую очередь автоматизацией буровых станков. Современные буровые станки при бурении очистных скважин могут позиционироваться с высокой точностью, это, в свою очередь, положительно сказывается на качестве бурения, уменьшении потерь полезного ископаемого и его разубоживания. До недавнего времени, когда вся маркшейдерская графика по сути представляла из себя проекцию на плоскость (в плане и разрезе), такой проблемы не возникало, и зачастую по пройденной выработке снималось положение бортов выработки, отметки кровли и подошвы выработки. Такая съемка не подходила для высокоточного проектирования и позиционирования станка и требовала новых решений со стороны маркшейдерских служб. Одним из решений, которое можно было применить, это съемка по сечениям, но, как показывает практика, такая съемка увеличивает в разы время на выполнение полевых и камеральных работ.
Производители лазерных сканирующих систем представили решение, которое позволяет снимать подземные горные выработки с помощью мобильных лазерных систем (рис. 1).
В результате выполнения сканирования получается плотное облако точек, которое с высокой точностью повторяет форму горной выработки (рис. 2).
Точность выполнения подобного сканирования может быть довольно высокой и удовлетворять требованиям Инструкции по производству маркшейдерских работ. Для примера точность мобильного лазерного сканера Heron Lite составляет до 3 см, при скорости сканирования до 300 тыс. точек в секунду. Однако, как показывает практика, маркшейдеру не всегда удается заснять каркас горной выработки без шумов и объектов внутри нее, например вентиляционные рукава, автотранспорт и пр. На рисунке 3 представлена часть горной выработки, внутри которой просматривается силуэт горнопроходческого бурового станка, помимо бурового станка на рисунке виден силуэт спущенного вентиляционного рукава.
Для решения проблемы построения каркаса по внешней оболочке облака точек компания Micromine представила новый функционал под названием Облако точек в Солид. Эта функция предоставляет возможность построения каркаса горной выработки по внешней оболочке облаков точек с интеллектуальным фильтром внутренних шумов в выработке. В процессе построения маркшейдер может самостоятельно контролировать параметры создаваемого каркаса. Например, контролировать максимальную длину треугольника в создаваемой триангуляции каркаса. При этом программа может рассчитать максимальную длину создаваемого треугольника автоматически. Эта функция помогает интерполировать модель в тех местах, в которых сканеру не удалось сделать съемку, либо по каким-либо причинам съемка этой части выработки была невозможна (рис. 4).
При съемке лазерным сканером в некоторых местах могут создаваться «островки» точек — группа точек, удаленная от объекта съемки и не являющаяся объектом съемки. Это может происходить из-за неправильной первоначальной настройки сканера, либо из-за влияния неблагоприятной внешней среды, когда группа точек может отражаться, например, от водной поверхности в горных выработках. В таком случае группу точек можно отфильтровать, применив фильтр шума в настройке при импорте облака точек, либо применить опцию Не учитывать объемы меньше, чем при построении каркаса по внешней оболочке облака точек (рис. 5).
При этом пользователь при применении этой опции может самостоятельно настроить величину объема, который программа будет игнорировать.
В результате построения выработки программа автоматически рассчитывает внешнюю оболочку, игнорируя внутренние шумы в выработке. На рисунке 6 представлена внешняя оболочка выработки, внутри которой и на разрезе виден силуэт горнопроходческого оборудования.
Соответственно, получение трехмерной модели горной выработки с применением мобильных лазерных сканеров и нового функционала программы Micromine позволяют значительно сократить время на обработку полевых и камеральных работ, при этом получая каркас высокой детализации. Данная технология опробована и нашла свое применение на крупнейших горно-добывающих предприятиях нашей страны.
Опубликовано в журнале “Золото и технологии”, № 4 (50)/декабрь 2020 г.
