楊保華 陳忠峰

摘 要：數(shù)字礦山的數(shù)據(jù)采集多種多樣，本文論述了移動(dòng)測(cè)量三維激光掃描儀在井下采集數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，論證了移動(dòng)測(cè)量三維激光掃描儀在礦山應(yīng)用的廣大前景。

關(guān)鍵詞：數(shù)字礦山；移動(dòng)測(cè)量三維激光掃描儀；慣性導(dǎo)航

在以往的數(shù)字礦山的三維建模過(guò)程中，數(shù)據(jù)采集方式很多，主要有全站儀，相機(jī)、以及固定式三維激光掃描儀。但是以前的方法相對(duì)于移動(dòng)式測(cè)量三維激光掃描儀來(lái)說(shuō)效率太低。

目前激光雷達(dá)系統(tǒng)，集成高精度激光掃描儀與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，由于整體結(jié)構(gòu)小、重量輕，適用于在各種移動(dòng)平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，無(wú)人機(jī)機(jī)載、車(chē)載、船載、背包，切換不同模式以適應(yīng)各種作業(yè)環(huán)境，不會(huì)因?yàn)檠b備問(wèn)題造成項(xiàng)目擱置。作為集合了各種高精度傳感器的先進(jìn)移動(dòng)測(cè)量設(shè)備，多平臺(tái)激光雷達(dá)系統(tǒng)可以快速實(shí)時(shí)采集物體三維數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)、高效的地理信息測(cè)繪。系統(tǒng)配置的高性能相機(jī)，目前幾大儀器廠商生產(chǎn)的激光掃描系統(tǒng)雖然相機(jī)各有不同，但是都屬于高精度相機(jī)，完全勝任我們的測(cè)量工作。由于它的多平臺(tái)性質(zhì)、已經(jīng)高精度它的應(yīng)用前景非常廣泛?？梢詰?yīng)用到工程測(cè)量，地籍地形測(cè)量、文物保護(hù)、城市三維數(shù)字化、室內(nèi)三維測(cè)量、礦山測(cè)量。本文主要講述的是在礦山測(cè)量中的應(yīng)用。

1 礦山地理信息系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)它的工作原理介紹，它相當(dāng)于井下的“GPS”+三維激光掃描儀。手持設(shè)備在井下進(jìn)行測(cè)量。但為了避免出現(xiàn)錯(cuò)誤，要提前對(duì)井下的一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記。然后由人手持設(shè)備把所有巷道進(jìn)行掃描。對(duì)要掃描的巷道區(qū)域，測(cè)量人員只要走過(guò)去，極大地降低了工作強(qiáng)度，不需要接觸，提高了工作效率。

該儀器掃描的巷道較為詳細(xì)。輪廓、地質(zhì)構(gòu)造、破碎帶都能夠較明顯的看出來(lái)。它具有快速，全面，精度高的優(yōu)點(diǎn)。

2 采礦量計(jì)算

以往采礦量計(jì)算需要技術(shù)人員通過(guò)測(cè)量采場(chǎng)順路，然后再進(jìn)入采場(chǎng)里面進(jìn)行寬度，長(zhǎng)度的量測(cè)。順路測(cè)量目前主要是通過(guò)掛羅盤(pán)和半圓儀已經(jīng)皮尺量距完成，需要的人員較多，而且順路空間狹窄對(duì)測(cè)量有影響。在采場(chǎng)里面素描采場(chǎng)，采場(chǎng)輪廓不是全面采集，而是采集特征點(diǎn)以及均距離采場(chǎng)，并不能完全反應(yīng)采場(chǎng)的輪廓。另一方面有時(shí)采場(chǎng)巖石比較破碎，傳統(tǒng)測(cè)量過(guò)于冒險(xiǎn)。而手持三維激光掃描儀可以放在伸縮桿上進(jìn)行掃描，無(wú)需人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域。

而手持式激光掃描儀能夠做到全面采集，不間斷高密度采集。在做內(nèi)業(yè)處理時(shí)，直接生產(chǎn)三維立體模型，計(jì)算的采礦量更真實(shí)，更客觀。

3 工程施工

在工程施工過(guò)程中，傳統(tǒng)測(cè)量主要施工全站儀、水準(zhǔn)儀、羅盤(pán)、皮尺進(jìn)行放點(diǎn)和回收已有的工程。尤其在工程施工過(guò)程中，要對(duì)已經(jīng)施工的巷道進(jìn)行測(cè)量上圖，來(lái)對(duì)比實(shí)際施工情況與設(shè)計(jì)的差別。這就需要技術(shù)員做大量的日常測(cè)量工作，而且要反復(fù)的做，以求達(dá)到預(yù)期效果。而在生產(chǎn)的實(shí)際中，仍存在誤差，甚至粗差。尤其是在施工采準(zhǔn)工程，脈外探采工程，要嚴(yán)格控制礦體與脈外巷的距離。

用手持式三維激光面掃描儀，在巷道里走上一圈就能夠快速準(zhǔn)確的測(cè)出巷道的三維圖形。明確的知道巷道施工的方向，平面位置，高程，等參數(shù)。

4 采空區(qū)測(cè)量

傳統(tǒng)測(cè)量是人進(jìn)入空區(qū)，由于受制于環(huán)境影響只能用羅盤(pán)、測(cè)距儀進(jìn)行測(cè)量。這樣人會(huì)完全處于危險(xiǎn)的環(huán)境，同時(shí)測(cè)量精度也不是很高。如果采用三維激光掃描儀就可以解決上述問(wèn)題。可以把掃描系統(tǒng)安放在伸縮桿上，把設(shè)備放進(jìn)空區(qū)就可以?huà)呙璩隹諈^(qū)的輪廓，測(cè)制出空區(qū)的三維模型。為礦山的安全提供精確可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)，便于制定事故防范措施，防止事故的發(fā)生。

5 多平臺(tái)三維激光掃描儀的特點(diǎn)

精度高：測(cè)量精度達(dá)到厘米級(jí)。

時(shí)效性：即時(shí)定位與地圖構(gòu)建二維和三維模型。

速度快：只需要人手持設(shè)備或者放在手推車(chē)上等平臺(tái)，把要掃描的區(qū)域走一遍即可。大大提高了測(cè)量的速度，單人人可以測(cè)10公里。內(nèi)業(yè)速度也是大大提高，有與其專(zhuān)門(mén)配套的后處理軟件。

6 總結(jié)

隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，測(cè)量設(shè)備也是科技含量越來(lái)越高，越來(lái)越智能化。把人從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，同時(shí)也提高了工作的效率以及工作的精度。測(cè)量設(shè)備的發(fā)展直接影響了我們的測(cè)量方式，正逐漸改變著我們的工作方式。多平臺(tái)三維激光掃描儀在礦山中的應(yīng)用前景是非常大的，在不久的將來(lái)三維激光掃描儀一定會(huì)在礦山中得到普及。

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