（朔州職業(yè)技術學院，山西 朔州 036002）

1 技術原理

技術管理是利用極坐標測量有效獲取被測對象的空間坐標數(shù)據。近些年來，傳統(tǒng)掃描方式一般是云計算，通過對物體表面掃描獲得具有陳列特點的幾何圖形三維數(shù)據。三維激光掃描設備有效組合了目標激光測距設備與角度測量系統(tǒng)，迅速測量復雜空間現(xiàn)場中的物體，直接獲取與激光點密切聯(lián)系的物體水平方向、斜距和反射強度的相關數(shù)據，自行存儲和計算，獲取點云數(shù)據，可以在一千多米的距離中完成測量，并獲得每秒十幾萬的掃描頻率，利用TCP/IP協(xié)議將掃描數(shù)據成功傳輸至計算機，通過USB數(shù)據線將場景圖像傳輸?shù)诫娔X，然后計算機處理點云數(shù)據，聯(lián)系CAD重新設計被測物體的三維模型[1]。

2 技術系統(tǒng)組成

2.1 主機開發(fā)

在技術系統(tǒng)應用中掃描主機是重要零部件，憑借徑向軸掃描電機，進一步獲得采空區(qū)的三維整體形態(tài)，科學計算變形量。

2.2 伸縮機構

要想智能化監(jiān)控采空區(qū)域，就需要研發(fā)出能夠全自動伸縮的設備。掃描儀處于工作狀態(tài)時，伸縮機構對主機發(fā)揮帶動作用向采空區(qū)邊界移動，然后掃描采空區(qū)；當實施測量以后，掃描主機憑借伸縮機構向儲藏室自行轉回，避免對設備造成破壞。

2.3 遠距離智能化控制

系統(tǒng)有效結合有線、無線建立綜合網井下通訊系統(tǒng)，憑借地面數(shù)據智能化控制井下設備，并且獲得精度較高的監(jiān)測采空區(qū)變形數(shù)據。

2.4 識別與計算變形區(qū)域

采空區(qū)復雜的數(shù)據，形成大規(guī)模的盲區(qū)，可以根據八叉樹的不同時段點云形變計算方法，設計形變點特性，憑借八叉樹數(shù)據結構科學查找數(shù)據結構，引入形變點容器，由于點云在采空區(qū)出現(xiàn)了很多差異點，絕不是變形點。因此，需要憑借濾波算法達到處理目標，保存形態(tài)真正區(qū)域[2]。

3 技術實際應用

3.1 動態(tài)管理采空區(qū)邊界

精準把握邊界信息對管理采空區(qū)、開采礦體、設計巷道等發(fā)揮了巨大的作用。采空區(qū)體積、頂板面積范圍、孔區(qū)可靠性發(fā)生了直接聯(lián)系，同時，也為安全性憑借提供了主要數(shù)據。利用三維激光掃描技術能夠直接對采空區(qū)及巷道面積和體積進行計算，構建三維實體模型，全面呈現(xiàn)礦體、斷層、采空區(qū)等關鍵的工程，并提升設計的高效性。疊加處理若干次掃描數(shù)據可以精準體現(xiàn)采空區(qū)的真實變化，科學監(jiān)測危險區(qū)域。

（1）計算掃描數(shù)據。對采空區(qū)進行體積與頂面面積計算，構建三維模型，明確實際礦柱邊界，科學利用探測數(shù)據，從而為采空區(qū)填充、設計礦柱爆破、控制與計算回采貧損提供合理化指導，全面掌控采空區(qū)穩(wěn)定性，為安全管理工作發(fā)揮巨大作用。

（2）分析掃描數(shù)據。對采空區(qū)面積、體積、高度等信息及時掌握，從而更好的評價采空區(qū)安全性，設計填充采空區(qū)，控制損失指數(shù)等，利用軟件結合模型精準計算采空區(qū)數(shù)據。

通過分析比較某金屬礦盤采空區(qū)模型和平剖面回采設計了解到：第一，開采盤區(qū)采場的高度不足，爆破以后產生的頂柱尚未采落，真實采場高度明顯低于設計高度，難以順利回收這部分材料。第二，在采場北側、南側位置頂板和邊幫產生較大的垮落，實際采礦量明顯比設計高，關鍵原因是爆破和巖石破碎。這一采空區(qū)產生了十分嚴重的垮塌，應不斷加強安全管理，盡快填充采空區(qū)。

第三，鄰近采場也出現(xiàn)了十分嚴重的垮塌，導致二者發(fā)生貫通產生巨大的采空區(qū)，對后期安全生產和監(jiān)管工作產生威脅，在一定程度上影響了生產建設的速度。

3.2 數(shù)字化管理

地下開采形成的大規(guī)模采空區(qū)對發(fā)展數(shù)字化礦山造成巨大的安全威脅，直接影響了人員與社會的安全性，不利于開展正常的經營工作。

怎樣對采空區(qū)的形態(tài)大小與邊界精確把握，獲得合理化的處理方案，全面掌控安全威脅，是迫切需要解決的安全生產問題。

三維激光掃描技術憑借非接觸式測量的特性提高了探測效率，這一技術對分布區(qū)域進行有效明確，從而獲得良好的貫通關系，憑借處理后的三維數(shù)據構建有關的數(shù)字模型，充分明確采空區(qū)的體積與實際邊界，達到可視化計算這一區(qū)域的目標，更好的保證數(shù)字化礦山建設工作。

3.3 激光掃描儀

激光掃描儀的工作原理是利用二極管使激光脈沖發(fā)送信號，憑借探測設備的旋轉棱鏡，把脈沖信號射向目標并對激光脈沖信號有效接收，通過記錄儀實施記錄以后，借助軟件進行處理，轉換產生可以有效識別的數(shù)據，從而有效輸出實體建模。

采取地面三維激光掃描技術對實體系統(tǒng)進行掃描，在水平與垂直方向上設計分散裝置有效測量特定實體部分。掃描操作中，任何一個站點都能夠得到很多點云數(shù)據，并通過極坐標方式整體描述任意點的位置信息。

而通過一幅掃描難以全面體現(xiàn)實體信息，這就要求在不同位置進行多幅掃描，如此就會出現(xiàn)拼接匹配多幅掃描結果，利用三維激光掃描儀可以獲取每一站的掃描數(shù)據。

要想在一個相對坐標系下重構不同測站的掃描數(shù)據，可以開展點云拼接工作。當掃描不同位置時，采取內置或外置的數(shù)碼相機成功采集掃描實體的影像數(shù)據，將邊緣位置信息與彩色紋理信息提供給點云。

這項技術可以對目標綜合結構與形態(tài)特點實際進行描述，根據這部分點利用逆向軟件迅速通過三維模型，達到三維重建的目標。

可以發(fā)現(xiàn)，當存在外界因素的影響時，系統(tǒng)出現(xiàn)了降低采集數(shù)據精度的問題，不利于提高數(shù)據質量。其中誤差包括偶然誤差與系統(tǒng)誤差。在測量操作中掃描儀表現(xiàn)出發(fā)散特點，激光束向實體反射的脈沖波分辨率不高，相應地就會影響操作水平。

4 結語

采空區(qū)設計三維掃描智能化監(jiān)測系統(tǒng)，在一定程度上提高了測量采空區(qū)的精確度，達到了智能化監(jiān)測采空區(qū)的目的。通過分析說明，系統(tǒng)對三維改變形態(tài)有效監(jiān)測，解決了傳統(tǒng)測量難以獲取準確數(shù)據的問題，對強化測量精度和開采金屬礦山發(fā)揮了至關重要的作用。