Обработка облаков точек и маркшейдерский анализ в системе K-MINE

Вебинар посвящён практическому применению облаков точек при маркшейдерском сопровождении открытых и подземных горных работ. Рассматривается полный рабочий процесс: от загрузки исходных данных до построения трёхмерных моделей, расчёта объёмов и сравнения фактического положения горных выработок с проектом.

Основная цель обработки облака точек заключается в том, чтобы получить точные и пригодные для инженерных расчётов данные. Для этого исходное облако необходимо правильно импортировать, очистить, отфильтровать и подготовить к дальнейшему моделированию.

Работа начинается с импорта исходного файла в проект K-MINE. Программа поддерживает различные форматы облаков точек, включая LAS, LAZ, E57, CSV, TXT и XYZ.

LAS и LAZ удобны для хранения больших массивов данных. Формат LAZ представляет собой сжатую версию LAS и позволяет уменьшить размер файла без потери информации. Текстовые форматы CSV, TXT и XYZ легко редактировать, однако они обычно занимают значительно больше места.

Исходный файл после импорта остаётся неизменным. Пользователь работает с его копией внутри проекта и может выполнять фильтрацию, корректировку и моделирование, не затрагивая первоначальные данные.

При импорте автоматически определяются стандартные поля X, Y и Z, а также цветовые характеристики точек. При необходимости можно загрузить дополнительные атрибуты: классификацию, уровень сигнала, время съёмки, достоверность точки и другие параметры.

Если исходные данные используют другое расположение координатных осей, поля X и Y можно поменять местами. Также доступно смещение облака к началу координат.

При использовании смещения важно учитывать дальнейшее совмещение облака с проектными данными, предыдущими съёмками и планами горных работ. Изменение исходных координат может привести к несовпадению объектов.

Если съёмка состоит из нескольких отдельных файлов, их можно импортировать как единое облако точек. Это позволяет применять фильтры, выполнять построения и проводить расчёты сразу для всей территории.

На этапе загрузки можно уменьшить количество импортируемых точек. Прореживание выполняется равномерно по всему пространству, поэтому отдельные участки облака не исчезают полностью.

Этот подход особенно полезен при работе с очень плотными облаками, когда полное количество точек не требуется для решения поставленной задачи.

После импорта настраиваются детализация отображения и размер точек. Эти параметры позволяют адаптировать облако для комфортной работы и снизить нагрузку при обработке больших массивов данных.

Изменение детализации не удаляет точки из исходного облака. Оно определяет, какое количество точек отображается на экране и используется в отдельных расчётных операциях.

При переносе проекта необходимо учитывать внешний файл-контейнер, в котором хранятся данные облака точек. Если файл перемещается отдельно от проекта, путь к нему потребуется указать повторно.

Перед моделированием рекомендуется ограничить облако территорией, необходимой для текущей задачи. Для этого используются контуры, каркасы и другие геометрические ограничители.

Пользователь может скрывать или отображать точки внутри выбранной области. При этом данные не удаляются окончательно. Исходное состояние облака можно восстановить с помощью сброса фильтрации.

Фильтрацию также можно выполнять по атрибутам. Например, можно оставить только точки в заданном диапазоне высотных отметок или выбрать объекты с определённым классом.

Лазерное сканирование и фотограмметрическая съёмка могут содержать изолированные, ошибочные или отражённые точки. Для их удаления в K-MINE предусмотрены фильтрация шумов и статистический фильтр выбросов.

Фильтр шумов анализирует ближайшее окружение каждой точки и удаляет изолированные объекты по заданному радиусу и порогу ошибки.

Статистический фильтр выявляет точки, расположенные далеко от основной массы данных. Фильтры можно применять последовательно: каждая новая операция обрабатывает уже очищенное состояние облака.

Плотные группы посторонних точек не всегда определяются автоматически. В таких случаях их рекомендуется удалять с помощью геометрического ограничения.

При съёмке старых отвалов, промышленных площадок и других территорий облако может содержать деревья, кустарники, транспорт и наземные сооружения.

Если точки имеют классификационные атрибуты, ненужные объекты можно исключить по соответствующему классу. Если классификация отсутствует, применяется фильтрация рельефа.

При настройке фильтра выбираются тип поверхности, шаг сетки, количество итераций и порог классификации. В результате создаются отдельные объекты для земной поверхности и надземных элементов.

Уменьшение порога классификации позволяет получить более чистую и ровную поверхность. При этом фильтр не может восстановить данные в местах, где сканирование не зафиксировало точки земной поверхности.

После очистки облака можно переходить к трёхмерному моделированию. Один из вариантов — стандартное построение каркаса методом триангуляции.

Триангуляция соединяет точки треугольниками и может применяться для относительно простых поверхностей. Однако на сложном рельефе такой каркас часто получается угловатым и учитывает отдельные ошибочные точки.

Для уступов карьера, отвалов и подземных горных выработок рекомендуется использовать сглаженные аппроксимирующие поверхности, которые лучше передают общую форму объекта.

Перед построением сглаженной поверхности необходимо рассчитать нормали. Они определяют ориентацию будущего каркаса относительно облака точек.

Для относительно ровных топографических поверхностей можно установить предпочтительное направление нормалей, например вверх по оси Z.

Для уступов и более сложных объектов используется локальный расчёт по ближайшим точкам. Нормали должны формировать согласованную структуру и быть ориентированы относительно моделируемой поверхности.

Хаотичное направление нормалей указывает на неправильные настройки и может привести к некорректному построению модели.

После расчёта нормалей создаётся сглаженная поверхность по методу Пуассона. Пользователь задаёт детализацию, точность соответствия точкам и граничные условия.

Для открытых топографических поверхностей применяются свободные граничные условия. Полученный каркас сглаживает локальные погрешности и не повторяет каждую случайную точку облака.

Поверхность может немного выходить за пределы исходных данных. Такие экстраполированные края можно обрезать или не учитывать в последующих расчётах.

Облака точек, полученные при сканировании подземных выработок, используются для построения замкнутых трёхмерных каркасов.

Сначала выделяется нужный горизонт и удаляются ошибочные точки. Затем рассчитываются локальные нормали, ориентированные внутрь или наружу будущего замкнутого объекта.

Для таких моделей применяется сглаженное построение замкнутого каркаса. Метод усредняет положение точек и позволяет уменьшить влияние погрешностей лазерного сканирования.

Полученный объект можно использовать для расчёта объёма фактически пройденной горной выработки.

Фактический каркас подземной выработки можно совместить с проектной моделью. Это позволяет оценить отклонения проходки и определить участки перебора или недобора.

Для анализа используются пользовательские и коридорные сечения. В одном сечении одновременно отображаются проектное и фактическое положения выработки.

Пользователь может перемещать сечение вдоль объекта, изменять ширину коридора и последовательно контролировать отклонения на разных участках.

Характерные линии рекомендуется строить не по исходному облаку точек, а по предварительно проверенной трёхмерной поверхности.

Отдельные точки могут содержать погрешности и не соответствовать реальной геометрии уступа. Сглаженная поверхность создаёт более надёжную основу для оцифровки.

При построении верхних и нижних бровок используется интерполяционная привязка. Она позволяет точно разместить создаваемую линию на поверхности каркаса.

Одной из основных маркшейдерских задач является определение объёмов между проектным и фактическим положением горных работ.

В K-MINE можно выбрать две поверхности, ограничить область расчёта контуром и получить отчётную таблицу. Результат рекомендуется проверять с помощью трёхмерной визуализации расчётного объекта.

Если созданная фигура корректно расположена между проектной и фактической поверхностями, полученный результат можно использовать в отчётной документации.

Дополнительно объём можно рассчитать методом вертикальных сечений. Этот способ создаёт набор сечений и таблицу, которые удобно анализировать и включать в маркшейдерский отчёт.

Сравнение результатов разных методов помогает проконтролировать точность вычислений.

После очистки и фильтрации пользователь может извлечь только видимые точки и создать из них отдельный объект.

Обработанное облако можно экспортировать в один из поддерживаемых форматов для дальнейшей работы или передачи другим подразделениям.

Таким образом, в проекте сохраняются как исходные данные, так и подготовленная версия облака, содержащая только необходимую информацию.

Не рекомендуется строить модель, стараясь провести поверхность через каждую точку. Высокая плотность облака не означает, что все точки абсолютно точны. Часть разброса связана с погрешностями измерения.

Предварительная очистка, последовательная фильтрация и использование сглаженных поверхностей повышают надёжность моделей и маркшейдерских расчётов.

Правильно подготовленные облака точек сокращают время построения моделей, расчёта объёмов, сравнения факта с проектом и подготовки отчётной документации.