CN104533528B - 采用gnss技术的露天矿山精细采矿***及采矿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了采用GNSS技术的露天矿山精细采矿***及采矿方法,***包括至少一个GNSS差分基站、精细采矿位置服务器以及多个精细采矿终端;精细采矿位置服务器内置有矿山测量数据,精细采矿终端根据GNSS差分基站提供的差分改正数据计算得到精细采矿终端铲斗的当前位置,向精细采矿位置服务器反馈铲斗位置信息。本申请不仅提供直观的矿体厚度/深度/品位信息,为采掘作业员的采矿作业提供精确指导,而且实时更新矿体情况,同时具有对越界采矿行为预警的作用。
Description
技术领域
本发明涉及矿产采集技术领域,特别地,涉及一种采用GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem,全球导航卫星***)技术的露天矿山精细采矿***及采矿方法。
背景技术
露天矿山的主要开采工具是采矿用反铲挖掘机。目前的采矿模式是,矿山部根据已有的探矿资料、测量数据制定采矿任务,每天划定采矿区域和采矿目标。各采矿挖掘机根据事先约定目标到达采矿地点进行挖掘作业。
该种模式存在有两个问题:第一,无法判断每次应该挖多深,容易造成漏采浪费矿产资源、或多采导致矿石品位下降。因为随着挖掘作业进行,挖掘机挖掘地点持续推进,挖掘时无法知道当前铲斗下方矿体的具体情况。采掘操作员只能依靠实现预估值以及肉眼查看判断该挖多深,没有一种有效的衡量手段。
第二,采矿、选矿的重点是保证矿石品位稳定。目前划定一片区域采矿,认为该片区域具有平均品位值,事实上一片区域的矿石品位随地点不同而呈现差异化。这些差异化往往直接被采掘作业忽视,会导致矿石品位无法稳定,带来了矿石品位的第一次原始误差。尽管最终矿石品位的稳定还得通过联合配矿来实现,但这种误差会影响配矿精度。
第三个问题,各个采矿区域为相应的矿权所有人所有,越界开采必然导致纠纷,引起争端造成不必要的成本浪费。然而目前采掘作业是无法判断划定的矿权边界的,容易造成越界开采,引起采矿纠纷。
综上所述,目前露天矿山粗放式开采存在容易漏采造成资源浪费、容易多采造成矿石品位下降、过于粗放导致矿石品位不稳定加大了配矿误差。
武汉理工大学的任高峰等2013年在金属矿山上发表的《露天矿精细开采信息采集与处理***设计》一文中公开了一种由传感器、信号硬件调理设备、数据采集卡与计算机组成的***,对矿山品味、空气质量、采场变形、***振动、废石场位移、地表沉降、边坡稳定等方面进行监控,构成了基于传感器技术、虚拟仪器技术,建立一个集安全生产工艺信息、隐患信号监测数据及预警决策指挥模块于一体的露天矿精细化开采信息采集与处理***,对露天开采信息进行实时采集和传输,为露天矿优化安全生产管理提供基础数据。
该研究提供了成套的***集成技术,为配矿、选矿、调度提供了信息平台,从宏观上来监控采矿流程,然而却无法为采矿直接操作员——采矿操作人员提供精确的采矿直观信息,无法指导现场采矿作业,无法解决采矿现场的实际操作中存在的误采、漏采、多采等问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种采用GNSS技术的露天矿山精细采矿***及采矿方法,以解决采矿现场的误采、漏采、多采等技术问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种采用GNSS技术的露天矿山精细采矿***,包括至少一个GNSS差分基站、精细采矿位置服务器以及与两者无线连接的多个精细采矿终端;
所述精细采矿位置服务器内置有矿山测量数据,所述矿山测量数据包括整个矿区的地表数字高程模型和矿区生探数据,所述矿区生探数据包括整个矿区分布的矿石品位、矿石距离地表深度、矿体自身厚度信息;
所述精细采矿终端包括网络数据链路模块、定位模块和精细采矿引导模块,
所述网络数据链路模块用于与精细采矿位置服务器、GNSS差分基站传送和接收数据,
所述定位模块根据GNSS差分基站提供的差分改正数据计算得到所述精细采矿终端铲斗的当前位置,并通过内置惯性测量模块解算得到铲斗位置,向精细采矿位置服务器反馈铲斗位置信息;
所述精细采矿引导模块将铲斗当前位置下方的矿区生探数据进行图形化显示。
优选的,所述定位模块为RTK定位模块。
优选的,所述矿山测量数据还包括矿权所约定的边界信息;
所述精细采矿终端还包括越界开采预警模块,在铲斗当前位置超过矿权所约定的边界时,发出警报。
优选的,所述越界开采预警模块的警报为文字警报、声音警报、指示灯闪烁警报中的至少任意一种。
优选的,所述精细采矿位置服务器接收到所述精细采矿终端发送的铲斗位置数据后,更新矿山测量数据。
优选的,矿山测量数据更新方法为采用铲斗坐标轨迹点云数据与已有的矿山测量数据求交集,对地表数字高程模型进行切割后更新现有采矿量数据。
本申请还提供了一种利用上述的采用GNSS技术的露天矿山精细采矿***的露天矿山在线精细采矿方法,包括以下步骤:
A、在精细采矿位置服务器内置矿山测量数据,所述矿山测量数据包括整个矿区的地表数字高程模型和矿区生探数据,所述矿区生探数据包括矿区各个位置下的矿石品位、矿石距离地表深度、矿体自身厚度信息;
B、精细采矿终端自身解算并接收GNSS差分基站的差分改正数据,最终输出精确的铲斗位置数据,发送至精细采矿位置服务器;
C、精细采矿位置服务器向精细采矿终端发送当前位置的矿区生探数据,所述矿区生探数据为:当前位置下的矿石品位、矿石距离地表深度、矿体自身厚度信息;
D、精细采矿终端图形化显示当前铲斗位置下方的矿石品位、矿体距离地表深度、矿体自身厚度信息。
优选的,当精细采矿位置服务器内置的矿山测量数据还包括矿权所约定的边界信息时,在步骤C之后还包括步骤E:
步骤E:在精细采矿终端铲斗的位置超过矿权所约定的边界时,发出警报。
优选的,还包括以下步骤:
步骤F:精细采矿终端向精细采矿位置服务器持续发送铲斗位置行程,铲斗位置行程为带有时间序列的铲斗位置轨迹点云数据;
步骤G:精细采矿位置服务器将该铲斗位置轨迹点云数据与已有矿山测量数据(包括矿区地表数字高程模型(DEM)、矿区生探数据)相交计算可更新精细采矿位置服务器的矿山测量数据。
本发明具有以下有益效果:
1、提供直观的矿产边界位置:
根据当前采矿挖掘机铲斗的精确位置信息,直观动态地反映出当前铲斗下方的矿体距离地表多远,矿体厚度为多少,为采掘作业员的采矿作业提供精确指导。有效防止因挖掘深度不够而导致的矿石漏采,避免了矿产资源的浪费,有效防止因挖掘深度判断不对而导致的矿石多采,帮助稳定矿石品位。
2、实时更新当前铲斗下方的矿体情况:
根据精细采矿终端与精细采矿位置服务器之间的信息传递,能够动态地计算得到当前铲斗下方的矿体品位具体是多少,并将采矿过程的精细品位数据反馈给服务器。
3、预警越界采矿行为:
设立了电子围栏,能够判断是否发生越界开采行为,并及时预警提醒,避免引起产权纠纷。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外,本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明优选实施例的结构示意图;
其中,1、GNSS差分基站,2、精细采矿位置服务器,3、精细采矿终端,31、网络数据链路模块,32、定位模块,33、精细采矿引导模块,34、越界开采预警模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图1,本申请提供了一种采用GNSS技术的露天矿山精细采矿***,包括至少一个GNSS差分基站1、精细采矿位置服务器2以及与两者无线连接的多个精细采矿终端3;GNSS差分基站1用于向精细采矿终端3提供差分改正数据,辅助提高位置解算精度;精细采矿位置服务器2则存储了矿山相关数据并将其提供给精细采矿终端3,并根据前后两次位置的变化更新相关数据。
所述精细采矿位置服务器2内置有矿山测量数据,所述矿山测量数据包括整个矿区的地表数字高程模型和矿区生探数据,所述矿区生探数据包括整个矿区下的矿石品位、矿石距离地表深度、矿体自身厚度信息;
所述精细采矿终端3包括网络数据链路模块31和与网络数据链路模块31连接的定位模块32、精细采矿引导模块33。网络数据链路模块31用于与精细采矿位置服务器2传送和接收数据,例如将定位模块32计算得到的铲斗位置信息反馈给精细采矿位置服务器2,将精细采矿位置服务器2传送的矿区生探数据转送到精细采矿引导模块33。网络数据链路模块31还用于与GNSS差分基站传送和接收数据。
所述定位模块32根据GNSS差分基站1提供的差分改正数据计算得到精细采矿终端的铲斗当前位置,向精细采矿位置服务器反馈铲斗位置信息。GNSS差分基站1是用于辅助提高位置解算精度,它自身并不解算当前铲斗的位置。
所述定位模块可选用RTK(Real-TimeKinematic)定位模块,采用载波相位动态实时差分方法,在野外也可实时得到厘米级定位精度。
所述精细采矿引导模块33将铲斗当前位置下方的矿区生探数据(例如矿石品位、矿体距离地表深度、矿体自身厚度)进行图形化显示,便于操作者识别和获取采矿时需要的信息。
为保证数据准确,所述精细采矿位置服务器在接收到所述精细采矿终端发送的铲斗位置数据后,可更新矿山测量数据,以与实际情况保持一致。更新方法可为采用铲斗坐标轨迹点云数据与已有的矿区地表数字高程模型(DEM,DigitalElevationModel)、生探数据求交集,然后对DEM进行切割,将交集部分标记为已开采,则更新了现有采矿量数据。
另外,为避免越界采矿的事故,矿山测量数据还包括矿权所约定的边界信息;相应地,精细采矿终端则还包括越界开采预警模块34,在铲斗的当前位置超过矿权所约定的边界时,发出警报,提醒操作者注意边界。警报可为文字警报、声音警报、指示灯闪烁警报中的至少任意一种。
本申请还公开了一种利用上述的采用GNSS技术的露天矿山精细采矿***的露天矿山在线精细采矿方法,包括以下步骤:
A、在精细采矿位置服务器内置矿山测量数据,所述矿山测量数据包括整个矿区的地表数字高程模型(DEM)和矿区生探数据,矿区生探数据包括矿区各个位置下分布的矿石品位、矿石距离地表深度、矿体自身厚度信息;
DEM是零阶单纯的单项数字地貌模型,坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性可在DEM的基础上生成。
B、精细采矿终端自身解算并接收GNSS差分基站的差分改正数据,最终输出较精确的铲斗位置数据,发送至精细采矿位置服务器;
C、精细采矿位置服务器向精细采矿终端发送当前位置的矿区生探数据,所述矿区生探数据为:当前位置下的矿石品位、矿石距离地表深度、矿体自身厚度信息;
D、精细采矿终端图形化显示当前铲斗位置下方的矿石品位、矿体距离地表深度、矿体自身厚度信息。
当步骤A中精细采矿位置服务器内置的矿山测量数据还包括矿权所约定的边界信息时,在步骤C之后则还包括步骤E:
步骤E:在精细采矿终端铲斗的位置超过矿权所约定的边界时,发出警报。
为保持精细采矿位置服务器上的数据与实际一致,还可包括步骤F:
步骤F:精细采矿终端向精细采矿位置服务器持续发送铲斗位置行程,铲斗位置行程为带有时间序列的铲斗位置轨迹点云数据;
步骤G:精细采矿位置服务器根据该铲斗位置轨迹点云数据与已有矿山测量数据(包括矿区地表数字高程模型DEM、矿区生探数据)相交计算可更新精细采矿位置服务器的矿山测量数据。
具体实施例如下:
实施例一、本申请的基本采矿过程。
A、在精细采矿位置服务器内置矿山测量数据,所述矿山测量数据包括整个矿区的地表数字高程模型(DEM)和矿区生探数据,矿区生探数据包括矿区各个位置下分布的矿石品位、矿石距离地表深度、矿体自身厚度信息;
B、打开精细采矿终端并与GNSS差分基站和精细采矿位置服务器连接,精细采矿终端接收GNSS差分基站的差分改正数据并自身解算位置,将精确的铲斗位置发送至精细采矿位置服务器;
C、精细采矿位置服务器接收到铲斗位置,将当前位置的矿区生探数据发送给精细采矿终端;
D、精细采矿终端图形化显示当前铲斗位置下方的矿区生探数据。
E、操作人员根据精细采矿终端的图形开始采矿。
实施例二、提醒边界信息的采矿过程。
A、在精细采矿位置服务器内置矿山测量数据,所述矿山测量数据包括整个矿区的地表数字高程模型(DEM)、矿区生探数据和矿权所约定的边界信息,矿区生探数据包括矿区各个位置下分布的矿石品位、矿石距离地表深度、矿体自身厚度信息;
B、打开精细采矿终端并与GNSS差分基站和精细采矿位置服务器连接,精细采矿终端接收GNSS差分基站的差分改正数据并自身解算位置,将精确的铲斗位置发送至精细采矿位置服务器;
C、精细采矿位置服务器接收到铲斗位置,将当前位置的矿区生探数据发送给精细采矿终端;
D、精细采矿终端图形化显示当前铲斗位置下方的矿区生探数据;
E、操作人员根据精细采矿终端的图形开始采矿;
F、精细采矿终端第N次接收GNSS差分基站的差分改正数据并自身解算位置,将精确的第N次采矿的铲斗位置发送至精细采矿位置服务器;
G、精细采矿位置服务器接收到第N次的铲斗位置,发现该位置与边界重合,或者位于预先设定的边界警戒区域内,发出警报;
H、操作人员接收到警报,核实当前位置或者移动铲斗位置。
实施例三、精细采矿位置服务器实时更新生探数据的采矿过程。
A、在精细采矿位置服务器内置矿山测量数据,所述矿山测量数据包括整个矿区的地表数字高程模型(DEM)和矿区生探数据,矿区生探数据包括矿区各个位置下分布的矿石品位、矿石距离地表深度、矿体自身厚度信息;
B、打开精细采矿终端A并与GNSS差分基站和精细采矿位置服务器连接,精细采矿终端A接收GNSS差分基站的差分改正数据并自身解算位置,将精确的铲斗A位置发送至精细采矿位置服务器;
C、精细采矿位置服务器接收到铲斗A位置,将当前位置的矿区生探数据发送给精细采矿终端A;
D、精细采矿终端A图形化显示当前铲斗位置下方的矿区生探数据;
E、操作人员根据精细采矿终端A的图形开始采矿;
F、精细采矿终端A第2次将精确的铲斗位置发送至精细采矿位置服务器;
G、精细采矿位置服务器将该铲斗A位置轨迹点云数据,与已有矿山测量数据(包括矿区地表数字高程模型DEM、矿区生探数据)相交计算,切割DEM的交集部分,更新现有采矿量数据;
H、精细采矿位置服务器第3次接收到铲斗A位置,将更新后的当前位置的矿区生探数据发送给精细采矿终端A;
I、精细采矿位置服务器接收到铲斗A附近的铲斗B、C的位置后,将更新后的当前位置的矿区生探数据发送给精细采矿终端B、C。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种采用GNSS技术的露天矿山精细采矿***,其特征在于,包括至少一个GNSS差分基站、精细采矿位置服务器以及与两者无线连接的多个精细采矿终端;
所述精细采矿位置服务器内置有矿山测量数据,所述矿山测量数据包括整个矿区的地表数字高程模型和矿区生探数据,所述矿区生探数据包括整个矿区的矿石品位、矿石距离地表深度和矿体自身厚度信息;
所述精细采矿终端包括网络数据链路模块、定位模块和精细采矿引导模块,
所述网络数据链路模块用于与精细采矿位置服务器和GNSS差分基站传送和接收数据;
所述定位模块根据GNSS差分基站提供的差分改正数据计算得到精细采矿终端铲斗的当前位置,向精细采矿位置服务器反馈铲斗位置信息;
所述精细采矿引导模块将铲斗当前位置下方的矿区生探数据进行图形化显示。
2.根据权利要求1所述的一种采用GNSS技术的露天矿山精细采矿***,其特征在于,所述定位模块为RTK定位模块。
3.根据权利要求1所述的一种采用GNSS技术的露天矿山精细采矿***,其特征在于,所述矿山测量数据还包括矿权所约定的边界信息;
所述精细采矿终端还包括越界开采预警模块,在铲斗当前位置超过矿权所约定的边界时,发出警报。
4.根据权利要求3所述的一种采用GNSS技术的露天矿山精细采矿***,其特征在于,所述越界开采预警模块的警报为文字警报、声音警报、指示灯闪烁警报中的至少任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种采用GNSS技术的露天矿山精细采矿***,其特征在于,所述精细采矿位置服务器接收到所述精细采矿终端发送的铲斗位置数据后,更新矿山测量数据。
6.根据权利要求5所述的一种采用GNSS技术的露天矿山精细采矿***,其特征在于,矿山测量数据更新方法为采用铲斗坐标轨迹点云数据与已有的矿山测量数据求交集,对地表数字高程模型进行切割后更新现有矿山测量数据。
7.一种利用权利要求1-6任一项所述的采用GNSS技术的露天矿山精细采矿***的露天矿山在线精细采矿方法,其特征在于,包括以下步骤:
A、在精细采矿位置服务器内置矿山测量数据,所述矿山测量数据包括整个矿区的地表数字高程模型和矿区生探数据,所述矿区生探数据包括矿区各个位置下的矿石品位、矿石距离地表深度、矿体自身厚度信息;
B、精细采矿终端自身解算并接收GNSS差分基站的差分改正数据,最终输出精确的铲斗位置数据,发送至精细采矿位置服务器;
C、精细采矿位置服务器向精细采矿终端发送当前位置的矿区生探数据,所述当前位置的矿区生探数据为:当前位置下的矿石品位、矿石距离地表深度、矿体自身厚度信息;
D、精细采矿终端图形化显示当前铲斗位置下方的矿石品位、矿石距离地表深度、矿体自身厚度信息。
8.根据权利要求7所述的露天矿山在线精细采矿方法,其特征在于,当精细采矿位置服务器内置的矿山测量数据还包括矿权所约定的边界信息时,在步骤C之后还包括步骤:
在精细采矿终端铲斗的位置超过矿权所约定的边界时,发出警报。
9.根据权利要求7所述的露天矿山在线精细采矿方法,其特征在于,还包括以下步骤:
精细采矿终端向精细采矿位置服务器持续发送铲斗位置行程,铲斗位置行程为带有时间序列的铲斗坐标轨迹点云数据;
精细采矿位置服务器将该铲斗坐标轨迹点云数据与包括矿区地表数字高程模型、矿区生探数据的已有的矿山测量数据相交计算,更新精细采矿位置服务器的矿山测量数据。
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