郭 志

（安徽省城建設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230051）

礦山開(kāi)采作業(yè)日益增多導(dǎo)致礦產(chǎn)資源日漸匱乏，在礦山地質(zhì)測(cè)繪工程中，由于測(cè)繪地點(diǎn)和環(huán)境的不同復(fù)雜程度，測(cè)繪設(shè)備與方法也會(huì)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，使測(cè)繪精度受到影響，產(chǎn)生一定的偏差，引起礦產(chǎn)資源規(guī)劃的不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致資源浪費(fèi)[1]。為了提高地質(zhì)測(cè)繪工程的測(cè)繪質(zhì)量，地質(zhì)測(cè)繪人員利用三維激光掃描技術(shù)對(duì)地質(zhì)環(huán)境等因素建立三維立體坐標(biāo)系，直觀地展現(xiàn)礦山信息，以此獲得測(cè)繪的原始數(shù)據(jù)，能夠提高測(cè)繪的速度，是保證礦山開(kāi)采安全和生產(chǎn)效益的有效方式[2]。礦山地質(zhì)測(cè)繪系統(tǒng)為礦山的施工作業(yè)提供數(shù)據(jù)和信息來(lái)源，是地質(zhì)測(cè)繪管理的關(guān)鍵組成部分。地質(zhì)測(cè)繪系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了由人工操作到計(jì)算機(jī)自動(dòng)化操作的轉(zhuǎn)化，使測(cè)繪數(shù)據(jù)的計(jì)算、存儲(chǔ)、查詢都更加清晰準(zhǔn)確，為資源規(guī)劃與分析提供科學(xué)的參考[3]。將三維激光掃描技術(shù)與礦山地質(zhì)測(cè)繪精度評(píng)估系統(tǒng)相結(jié)合，使測(cè)繪誤差得到有效控制，滿足礦山地質(zhì)測(cè)繪的精度要求，保證礦山地質(zhì)測(cè)繪工作的安全高效和節(jié)能環(huán)保是本次研究的重要目標(biāo)。

1 基于三維激光掃描技術(shù)的礦山地質(zhì)測(cè)繪精度評(píng)估系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 選取三維激光掃描設(shè)備

三維激光掃描技術(shù)測(cè)繪礦山地質(zhì)主要應(yīng)用的設(shè)備為三維激光掃描儀，三維激光掃描設(shè)備具有不同種類(lèi)，根據(jù)本文的礦山地質(zhì)測(cè)繪需求選取地面類(lèi)掃描設(shè)備，選取的三維激光掃描儀型號(hào)為ILRIS—3DER，其設(shè)備特點(diǎn)是可視化能力強(qiáng)，掃描距離廣，適用于礦山地質(zhì)測(cè)繪工作。設(shè)備性能參數(shù)中，掃描距離為1000m～1500m，掃描速度為3000/秒。

1.2 設(shè)計(jì)傳感器電路

基于三維激光掃描技術(shù)的礦山地質(zhì)測(cè)繪精度評(píng)估系統(tǒng)在整體上的設(shè)計(jì)需要針對(duì)礦山測(cè)繪精度評(píng)估工作的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行。使硬件滿足礦山地質(zhì)測(cè)繪精度評(píng)估工作高可靠性、高實(shí)用性的標(biāo)準(zhǔn)。本文采用對(duì)數(shù)減波放大技術(shù)設(shè)計(jì)一種超聲波傳感器電路，使其滿足傳感器電路的靈敏度和電池續(xù)航持久的需求。傳感器超聲波的接收探頭在局部檢測(cè)中的靈敏度效果不好，因此選取高增益的前置放大器能夠避免在傳播過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)反射、衰減現(xiàn)象，除此之外，低噪聲前置放大器還可以避免信號(hào)處理過(guò)程中受到噪聲干擾基于傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，設(shè)計(jì)電路如圖1所示。

圖1 傳感器電路設(shè)計(jì)圖

由圖1可知，將無(wú)極性電容耦合輸入到傳感器的兩個(gè)INPUT端，并與接地電阻組成濾波器，在每個(gè)電源處連接一個(gè)貼片封裝電容?？刂菩盘?hào)處理對(duì)傳感器信噪比的影響，防止噪聲耦合進(jìn)入前置放大器，選用可以靈活調(diào)節(jié)阻值的精確電位器。

2 基于三維激光掃描技術(shù)的礦山地質(zhì)測(cè)繪精度評(píng)估系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 建立三維數(shù)據(jù)庫(kù)

基于三維激光掃描技術(shù)的礦山地質(zhì)測(cè)繪精度評(píng)估系統(tǒng)的三維數(shù)據(jù)庫(kù)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)管理與存儲(chǔ)，為后續(xù)測(cè)繪精度評(píng)估做好準(zhǔn)備。礦山地質(zhì)測(cè)繪精度評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括地質(zhì)測(cè)繪信息、地質(zhì)剖面圖、地形地貌數(shù)據(jù)等，本文的三維信息數(shù)據(jù)庫(kù)是在對(duì)礦山地質(zhì)勘測(cè)數(shù)據(jù)的整理和分析基礎(chǔ)上建立的，在數(shù)據(jù)庫(kù)生成過(guò)程中，利用相同坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為初始化格式，在進(jìn)行圖像編輯前需要明確測(cè)繪的礦山地質(zhì)體與地質(zhì)體檢的聯(lián)系以及約束條件，編輯局部視圖，將多個(gè)局部視圖進(jìn)行整合，直觀地顯示實(shí)際環(huán)境，最后導(dǎo)出數(shù)據(jù)。三維數(shù)據(jù)庫(kù)建立使地質(zhì)數(shù)據(jù)更加直觀清晰，便于測(cè)繪人員掌握礦山地質(zhì)信息，在施工中一定程度地對(duì)測(cè)繪人員的施工安全提供了保障。

2.2 構(gòu)建礦山地質(zhì)三維立體模型

建立礦山地質(zhì)三維模型能夠便于測(cè)繪人員對(duì)礦山地質(zhì)構(gòu)造情況，礦山種類(lèi)等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取，利用計(jì)算機(jī)和圖像圖形繪制技術(shù)建模，通過(guò)可視化和三維數(shù)據(jù)化的處理展現(xiàn)在顯示屏前方。在三維立體模型的構(gòu)建中，首先需要確定礦山的坐標(biāo)定位，在進(jìn)行坐標(biāo)處理轉(zhuǎn)換定位時(shí)應(yīng)注意不要影響數(shù)據(jù)精度。通過(guò)參數(shù)化幾何形態(tài)、拓?fù)湫畔⒌葋?lái)繪制地質(zhì)礦體，提取地質(zhì)特征，主要包括等值線、邊界線等。利用不同的提取方法提取規(guī)則與不規(guī)則兩種情況的做數(shù)據(jù)場(chǎng)等值線，邊界線是三維模型中的重要部分，包括脊線和輪廓線，其中輪廓線可以通過(guò)形狀、紋理、顏色的特征的變化來(lái)檢測(cè)。對(duì)于封閉邊界的提取需要根據(jù)不同的實(shí)際情況選擇自動(dòng)生成的方法。

2.3 處理評(píng)估三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)精度

在礦山地質(zhì)測(cè)繪中，測(cè)繪出的數(shù)據(jù)是否精確是測(cè)繪人員最為關(guān)注的問(wèn)題，礦山測(cè)繪精度評(píng)估系統(tǒng)的精度評(píng)估包括單點(diǎn)精度評(píng)估、內(nèi)符合精度評(píng)估以及外延伸精度評(píng)估，在精度評(píng)估前需要進(jìn)行對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理。點(diǎn)云數(shù)據(jù)是三維激光掃描的主要數(shù)據(jù)，在空間上呈離散性分布。單點(diǎn)定位測(cè)試需要對(duì)已知的靜態(tài)等級(jí)點(diǎn)進(jìn)行定位精度分析，采取三維掃描技術(shù)對(duì)礦山進(jìn)行的坐標(biāo)測(cè)量作為內(nèi)符合精度的參考值，利用定位接收機(jī)接收定位來(lái)進(jìn)行精度評(píng)估。為了解礦山地質(zhì)各測(cè)繪點(diǎn)的外延伸狀況，對(duì)礦山各方向外延伸精度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷數(shù)據(jù)誤差是否符合精度要求。

3 實(shí)驗(yàn)論證分析

為驗(yàn)證基于三維激光掃描技術(shù)的礦山地質(zhì)測(cè)繪精度評(píng)估系統(tǒng)的有效性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)論證分析，將傳統(tǒng)測(cè)繪系統(tǒng)與本文設(shè)計(jì)的測(cè)繪精度評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)照，對(duì)比不同系統(tǒng)的測(cè)繪數(shù)據(jù)精度，具體精確度計(jì)算公式如下：

式中X為精密度，A為單次測(cè)繪數(shù)值，B為這一系列數(shù)據(jù)的平均值，前后共進(jìn)行5次測(cè)試，得到對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)精度對(duì)比表

由表1可知，表中的多次測(cè)試結(jié)果可以看出，本文設(shè)計(jì)的精度評(píng)估系統(tǒng)的測(cè)繪平均精度為91.20%，傳統(tǒng)方法的測(cè)繪平均精度為80.54%，本文系統(tǒng)比傳統(tǒng)系統(tǒng)的平均測(cè)繪精度高了10.67%，因此本文設(shè)計(jì)的精度評(píng)估系統(tǒng)比傳統(tǒng)礦山測(cè)繪管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)精確度方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，且數(shù)據(jù)結(jié)果較為穩(wěn)定，數(shù)據(jù)的精確度在礦山礦產(chǎn)資源利用和生產(chǎn)中起著重要的作用，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在測(cè)繪精度方面具有良好的效果，具有可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，測(cè)繪人員在礦山地質(zhì)測(cè)繪中進(jìn)行了多種嘗試，在測(cè)繪工作中結(jié)合了諸多信息化科學(xué)技術(shù)，將三維激光掃描技術(shù)與礦山地質(zhì)測(cè)繪精度系統(tǒng)的適度結(jié)合能夠提高礦山測(cè)繪的精度，保證了礦山地質(zhì)測(cè)繪的質(zhì)量和效率，減少人工作業(yè)的工作量，實(shí)現(xiàn)了測(cè)繪工程的技術(shù)升級(jí)，為我國(guó)地質(zhì)測(cè)繪工作提供了參考。

但仍有諸多問(wèn)題有待于在日后的研究中改進(jìn)，如對(duì)于測(cè)繪數(shù)據(jù)的控制還可以更加優(yōu)化，可以考慮對(duì)原始數(shù)據(jù)處理的智能化研究，從而使測(cè)繪數(shù)據(jù)更加有效，在實(shí)際礦山測(cè)繪中應(yīng)考慮實(shí)際的礦山類(lèi)型和不同的測(cè)繪需求，編制不同的測(cè)繪圖件。