Nghiên cứu tính khối lượng xúc bốc tại mỏ lộ thiên từ đám mây điểm 3D thành lập bằng ảnh máy bay không người lái

Nghiên cứu tính toán khối lượng xúc bốc trực tiếp từ đám mây điểm 3D, một phương pháp khắc phục được nhược điểm của cách tính toán hiện nay theo phương pháp mặt cắt từ dữ liệu UAV trong khai thác mỏ lộ thiên.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tính khối lượng xúc bốc tại mỏ lộ thiên từ đám mây điểm 3D thành lập bằng ảnh máy bay không người lái Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, ĐHXDHN, 2024, 18 (2V): 92–101 NGHIÊN CỨU TÍNH KHỐI LƯỢNG XÚC BỐC TẠI MỎ LỘ THIÊN TỪ ĐÁM MÂY ĐIỂM 3D THÀNH LẬP BẰNG ẢNH MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI Lê Văn Cảnha , Nguyễn Quốc Longa , Trần Đình Trọngb,∗ a Khoa Trắc địa, Bản đồ và Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, 18 Phố Viên, quận Bắc Từ Liêm, Hà Nội, Việt Nam b Khoa Cầu đường, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 17/4/2024, Sửa xong 16/5/2024, Chấp nhận đăng 17/5/2024Tóm tắtHiện nay, trong tính toán khối lượng xúc bốc tại các mỏ than lộ thiên sử dụng ảnh máy bay không người láiUAV, mặt cắt được thành lập từ mô hình số bề mặt DSM, sau đó mới tính toán khối lượng bằng phương phápmặt cắt theo TCVN 10673:2015. Cách tính toán như vậy không hiệu quả về thời gian, và làm giảm độ chínhxác bề mặt thu thập được. Với mục đích khắc phục nhược điểm trên, nghiên cứu này ứng dụng đám mây điểm3D để tính khối lượng xúc bốc. Để đánh giá độ chính xác của phương pháp, dữ liệu kiểm nghiệm là mô hìnhđịa hình được thiết kế dưới dạng tầng bậc tương đồng với bờ mỏ lộ thiên thực tế để tính toán khối lượng xúcbốc theo phương pháp toán học (TH), mặt cắt song song (MC) và đám mây điểm 3D (PC), kết quả cho thấy độlệch TH-MC là 0% và TH-PC là 0,03%. Tính toán thực tế khối lượng xúc bốc tại mỏ than Cọc Sáu cho thấy độlệch MC-PC là 1,3%. Như vậy, tính khối lượng trực tiếp trên mô hình đám mây điểm PC hoàn toàn đáp ứngđược yêu cầu của TCVN 10673:2015. Kết quả nghiên cứu cũng góp phần khẳng định hiệu quả của công nghệUAV trong thu thập dữ liệu tại các mỏ lộ thiên, đảm bảo các công việc yêu cầu độ chính xác cao.Từ khoá: máy bay không người lái; tính khối lượng; đám mây điểm; mỏ lộ thiên; mô hình số độ cao; mô hìnhsố bề mặt.STUDY ON CALCULATING THE EXCAVATION VOLUME AT OPEN-PIT MINES USING 3D POINTCLOUD GENERATED FROM UAV IMAGERYAbstractCurrently, the calculation of excavation volumes in open-pit mines using unmanned aerial vehicle (UAV) data,where cross-sections are generated by establishing from the Digital Surface Model (DSM), and subsequentlycomputing excavation volumes as prescribed by TCVN 10673:2015. This approach reduces the accuracy of thecollected surface data, while also consuming considerable time for accurate terrain digitization from the DSMand cross-section generation, thereby introducing errors in this process. To address these limitations, this studyemploys 3D point clouds derived from UAV imagery to compute excavation volumes. Additionally, to assessthe accuracy of this method, test data consists of a terrain model designed to mimic the terraced morphologyof actual open-pit mines for excavation volume calculations using mathematical (TH), cross-sectional (MC),and 3D point cloud (PC) methods. The results reveal a deviation of 0% between TH and MC, and 0.03%between TH and PC. Practical volume calculations at Cọc Sáu coal mine exhibit a 1.3% discrepancy betweenMC and PC methods. Thus, direct excavation volume calculation on the PC point cloud model fully meets thetechnical requirements according to TCVN 10673:2015. The research outcomes also contribute to affirmingthe effectiveness of UAV technology in data collection at open-pit mines, ensuring the completion of tasks thatrequire high precision.Keywords: UAV; excavation volume calculation; point cloud; open-pit mine; DEM; DSM. https://doi.org/10.31814/stce.huce2024-18(2V)-08 © 2024 Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (ĐHXDHN)∗ Tác giả đại diện. Địa chỉ e-mail: trongtd@huce.edu.vn (Trọng, T. Đ.) 92 Cảnh, L. V., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng1. Giới thiệu Công nghệ UAV (Unmanned Aerial Vehicle) ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong công tácđo đạc khảo sát thu thập dữ liệu bề mặt đất do tính linh hoạt, độ chính xác đạt được ngày càng cao, chiphí thấp và an toàn. Với những khu vực có địa hình phức tạp, khó tiếp cận như đồi núi [1], khu vựckhai thác mỏ lộ thiên [2],… công nghệ UAV khắc phục được hầu hết các nhược điểm của công nghệđo đạc truyền thống [3, 4]. Dữ liệu ảnh thu thập được bằng UAV cho phép xây dựng thành lập đượcnhiều sản phẩm mô tả không gian, bề mặt địa hình như đám mây điểm 3D (3D point cloud), mô hìnhsố bề mặt DSM (Digital Surface Model), mô hình số độ cao DEM (Digital Elevation Model), bản đồđịa hình, ảnh trực giao [4–6]. Trên thế giới, công nghệ UAV được ứng dụng phổ biến trong công tác khảo sát tính toán khốilượng khai thác, trữ lượng tại các mỏ [7–11]. Tác giả Hugenholtz cùng nhóm nghiên cứu [12] đã sosánh kết quả tính khối lượng đá thành phẩm tại bãi chứa đá từ ảnh bay chụp UAV với khối lượng đáđược tính theo tải trọng cân xe của mỏ. Kết quả cho thấy độ lệch về khối lượng tính toán là 2,5%.Trong một nghiên cứu khác, tác giả Ajayi và cs. [13] đã tính toán khối lượng đá thành phẩm từ ảnhbay chụp UAV và so sánh với khối lượng đá tính toán được từ công xuất thống kê tại máy nghiền.Kết quả cho thấy độ lệch về khối lượng là 2,94%. Các nghiên cứu chỉ ra rằng ứng dụng UAV trongcông tác đo vẽ tính khối lượng tại mỏ đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác, giảm thời gian và côngsức lao động. Ở nước ta, các nghiên cứu ứng dụng UAV trong đo đạc khảo sát mỏ cũng đã được quantâm. Các nghiên cứu [2, 14] cho thấy việc ứng dụng công nghệ UAV hiệu quả cao về thời gian đo đạcvà độ chính xác đảm bảo yêu cầu. Trong khai tác mỏ than lộ thiên, công tác xúc bốc đất đá, khoáng sản là một trong những c ...