(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210924352.0 (22)申请日 2022.08.03 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114998338 A (43)申请公布日 2022.09.02 (73)专利权人 山西阳光 三极科技股份有限公司 地址 030032 山西省太原市综改示范区太 原潇河园区大昌路69号1幢1 1层 (72)发明人 李晓方　杨风暴　王强　高敏　 高佳锋　张付岗　马泽亮　赵永鑫　 胡向荣　安开敏　刘一杰　曹艳君　 (74)专利代理 机构 太原中正和专利代理事务所 (普通合伙) 14116 专利代理师 焦进宇(51)Int.Cl. G06T 7/00(2017.01) G06T 7/30(2017.01) G06T 7/521(2017.01) G06T 7/62(2017.01) G06T 17/00(2006.01) G06T 17/20(2006.01) G06T 5/00(2006.01) (56)对比文件 CN 114543666 A,2022.05.27 CN 1093896 35 A,2019.02.26 审查员 李佳丽 (54)发明名称 一种基于激光雷达点云的矿山开采量计算 方法 (57)摘要 本发明属于激光雷达点云处理和矿山监测 领域， 具体技术方案为： 一种基于激光雷达点云 的矿山开采量计算方法， 首先， 基于激光雷达系 统对矿山进行定期三维地形测绘， 获取矿山原始 点云数据； 然后对激光雷达点云数据进行去噪、 配准等预处理； 其次检测点云局部空洞面并利用 邻域信息内插三维数据点进行修补， 前后两期点 云数据形成某时段不规则疏密多变矿体的三维 模型； 最后， 设置离散化步长对矿体三维模型进 行块体离散化并提取块体体积， 各单元块体体积 累加得到整个矿山变化体积， 即该时段的矿山开 采量， 本发明能够对矿山开挖方量进行快速估 算， 该方法具备测量高效安全、 灵活便捷、 即时性 高等特点， 可应用于三维变化监测、 工程测管、 智 慧矿山建 设等领域。 权利要求书2页 说明书7页 附图7页 CN 114998338 B 2022.11.04 CN 114998338 B 1.一种基于 激光雷达点云的矿山 开采量计算方法， 其特 征在于， 具体步骤如下： 一、 激光雷达点云获取： 对矿山进行矿区勘探后确定监测范围， 根据实际监测区域大小 与高差选取激光雷达系统并制定数据采集方案， 完成外业数据采集， 经计算机软件处理后 解算得到激光雷达点云数据； 二、 点云预处 理： 对原始激光雷达点云数据进行去噪、 配准预处 理； 三、 点云空洞面 修补， 包括以下两个步骤： S31、 空洞面检测： 在三维空间中， 基于原始三维点云数据构建初始三角网络， 遍历计算 所有三角网格的面积， 设定最小空洞面积 阈值P， 自动检测面积大于阈值 P的网格为需要修 补的空洞面； S32、 空洞面 修补： 利用邻域信 息对空洞网格进行三维数据点内插， 对需要修补的三角网格的每条边取中 点， 分别为点 ， 连接三点后将空洞网格分割为四 个新的三角形， 分别取四个三角形的重心作为 新的离散点内插至空洞网格中； 再次计算 四个新的三角形的面积， 仍大于阈值 P的三角网格被划分为空洞网格， 重复进 行三角形分割与离散点内插， 直到整体三角网格中的每一个网格面积均小于 P， 停止内插， 得到精细矿山 三维点云数据； 空洞面修补后， 前后两期点云数据形成不 规则疏密多变矿体的三维模型； 四、 开采量计算： 根据矿体三维模型的面积大小与点密度确定离散化步长， 对其进行单 元块体离散化， 获取各块体的网格面积与块体相对高度， 计算各单元块体的体积， 将整个矿 体所有单 元块体的体积叠加获取整个矿山变化体积。 2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达点云的矿山开采量计算方法， 其特征在于， 在步骤一中， 包括以下两个步骤： S11、 激光雷达点云数据采集： 对矿山的地形起伏、 开采边界、 典型地物进行勘探后确定 矿山监测区域， 根据监测区域的大小和高差选取续航时间与探测距离符合要求的激光雷达 系统， 结合系统具体的性能参数确定测量距离、 扫描速度与扫描角度， 对矿山 实施外业数据 采集； S12、 数据解算： 基于原始惯导数据、 原始激光测距数据、 GPS数据通过计算机联合解算 得到激光雷达点云数据。 3.根据权利要求2所述的一种基于激光雷达点云的矿山开采量计算方法， 其特征在于， 所述原始激光测距数据由激光扫描仪扫描采集得到 。 4.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达点云的矿山开采量计算方法， 其特征在于， 在步骤二中， 包括以下两个步骤： S21、 点云去噪： 对原始激光雷达点云采用稀疏离群点移除方法进行去噪， 该方法计算 每个点到其所有临近点的平均距离， 假设得到的结果是一个高斯分布， 平均距离在标准范 围之外的点， 被定义 为离群点并从数据集中去除掉； S22、 点云配准： 对开采前后两期点云数据采用迭代最近点自动配准算法， ICP算法通过 找到两组点云集合中距离最近的点对， 根据估计的变换关系来计算距离最近点对经过变换 之后的误差， 不断的迭代直至使得设定的目标函数达到最小值， 得到最优平移矩阵和旋转权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114998338 B 2矩阵， 以确定最终的变换关系， 目标函数如下： 式中，R表示旋转矩阵， T表示平移矩阵， k为待配准点云的点数， ɑi为参考点云； bi为待配 准点云； 最终将待配准的点云与参 考点云的数据对进行一 一对应， 即完成两期点云数据配准。 5.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达点云的矿山开采量计算方法， 其特征在于， 在步骤S31中， 初始三角网络构建的步骤为： 1） 、 以点云数据左下角任一 点为起始点； 2） 、 找出与起始点 最近的数据点相互连接形成三角形的一条边作为基线； 3） 、 在基线右侧进行扩展， 搜索与基线距离最近的点构成起始三角形的第三 点； 4） 、 基线的两个端点与第三 点相连， 成为 新的基线； 5） 、 继续搜索与新的基线距离最近的第三点构成新的三角形， 直至所有的点都被包含 在三角网格中， 停止 搜索， 初始三角网络构建完毕。 6.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达点云的矿山开采量计算方法， 其特征在于， 在步骤四中， 还 包括以下两个步骤： S41、 单元块体离散化： 结合点云密度与测区大小确定离散化步长， 将不规则疏密多变 矿体三维模型划分成 n个单元块体； S42、 矿山开采量计算： 计算各单元块体的顶面积 St和底面积 Sd， 取顶面积与底面积的平 均值作为网格面积 Sm， 计算公式如下： 其中，i为各单元块体的序号， ； 三维模型各单元块体对应的顶面与底面点云的高程值的平均高度作为单元块体高程 值的最大值 Zmax与最小值 Zmin， 对每个单元块体对应的顶面高程值与底 面高程值做差得到块 体相对高度 H， 计算公式如下： 每个单元块体利用网格面积与块体相对高度相乘得到离散化块体的体积， 经计算并累 加求和得到矿体 变化体积Δ V， 计算公式如下： 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114998338 B 3