基于三維激光掃描技術(shù)的金屬礦山采空區(qū)測(cè)量精度研究

常立強(qiáng)，馮建輝

(新巴爾虎右旗榮達(dá)礦業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021300)

1 三維激光掃描技術(shù)的原理

該技術(shù)使用快速度的激光進(jìn)行掃描，對(duì)測(cè)量目標(biāo)的持續(xù)性和廣延性做出坐標(biāo)進(jìn)行偵測(cè)，運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)可以有效獲得測(cè)量目標(biāo)空間范圍的信息。確保在進(jìn)行測(cè)量時(shí)速度快連續(xù)性強(qiáng)，進(jìn)而獲得的目標(biāo)坐標(biāo)數(shù)據(jù)信息含量正準(zhǔn)備確保測(cè)量的準(zhǔn)確性可以運(yùn)用GPS技術(shù)，進(jìn)行大量準(zhǔn)確的坐標(biāo)定位信息，達(dá)到三維模型的精準(zhǔn)構(gòu)建。

對(duì)兩類核心技術(shù)的使用為了完成測(cè)量目標(biāo)的三維建模主要運(yùn)用于三維激光掃描技術(shù)：使用激光測(cè)量距離的原理，與傳統(tǒng)人工測(cè)定距離相比激光進(jìn)行測(cè)距其準(zhǔn)確程度更高，通過使用連續(xù)激光以及脈沖激光器產(chǎn)生激光，對(duì)反激光反射進(jìn)行有效測(cè)量，最高持續(xù)發(fā)射的激光掃描可以達(dá)到四十千米而且誤差不超過兩毫米，現(xiàn)在使用這種技術(shù)獲得的側(cè)面目標(biāo)點(diǎn)位的信息量是比較多的，想要測(cè)量目標(biāo)模型點(diǎn)位信息能夠變得更加有效準(zhǔn)確，先要消除因?yàn)槿斯y(cè)量產(chǎn)生的誤差現(xiàn)象，這樣也能進(jìn)一步提升單點(diǎn)測(cè)量信息量不完善的阻礙情況。

2 三維激光掃描技術(shù)的特點(diǎn)及其在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)測(cè)繪的掃描技術(shù)相比三維激光掃描技術(shù)有三個(gè)比較明顯的特點(diǎn)，分別是：①效率高。運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)對(duì)單位點(diǎn)信息進(jìn)行獲取其速度十分快，耗時(shí)較少，該技術(shù)對(duì)實(shí)施的環(huán)境要求低，能測(cè)量距離長的信息以及準(zhǔn)備工作簡單易于操作，其工作耗時(shí)較少，在后面進(jìn)行測(cè)量時(shí)能夠達(dá)到無人進(jìn)行值守的自動(dòng)化測(cè)量的效果。②獲取信息比較方便。當(dāng)前社會(huì)上使用的三維激光掃描設(shè)備很多都具有自動(dòng)化數(shù)據(jù)傳輸輸入功能，針對(duì)此功能能進(jìn)行無線和有限網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行并能向目標(biāo)實(shí)施終端進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，在減少人工整合和收集數(shù)據(jù)工作內(nèi)容的同時(shí)，工作效率有了明顯提高。③采集的目標(biāo)點(diǎn)位數(shù)據(jù)準(zhǔn)確程度高，與傳統(tǒng)掃描技術(shù)相比這項(xiàng)技術(shù)在掃描距離上測(cè)量距離更佳更遠(yuǎn)，在具體測(cè)量時(shí)存在的誤差也會(huì)比較少，所以在使用這項(xiàng)技術(shù)時(shí)能夠不對(duì)測(cè)量目標(biāo)進(jìn)行適度處理，對(duì)測(cè)量完善后的數(shù)據(jù)不需要進(jìn)行檢查是否存在失誤、復(fù)檢問題，將取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效錄入建立系統(tǒng)，進(jìn)而降低人工所產(chǎn)生的事物情況。

3 技術(shù)系統(tǒng)組成

（1）主機(jī)開發(fā)。技術(shù)系統(tǒng)在使用中重要的零部件這就是掃描主機(jī)，其可以借助徑向軸的掃描點(diǎn)擊對(duì)采空區(qū)的三維整體形態(tài)做出統(tǒng)計(jì)計(jì)算出相應(yīng)的變形量。

（2）伸縮機(jī)構(gòu)。采礦區(qū)域如果想要實(shí)現(xiàn)全智能化監(jiān)控，就要對(duì)全自動(dòng)伸縮設(shè)備進(jìn)行自主研發(fā)。在工作過程中的掃描儀，可以讓主機(jī)發(fā)揮相關(guān)帶動(dòng)作用向采空區(qū)有效范圍進(jìn)行移動(dòng)這是借助伸縮機(jī)構(gòu)才進(jìn)行的。

（3）遠(yuǎn)距離智能化控制。將優(yōu)線、無線進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)合形成綜合的網(wǎng)井下的通訊系統(tǒng)，借助地面設(shè)備對(duì)其進(jìn)行井下設(shè)備進(jìn)行智能化操控，最終獲取準(zhǔn)確程度較高的檢測(cè)采空區(qū)的變形數(shù)據(jù)。

4 技術(shù)實(shí)際應(yīng)用

（1）動(dòng)態(tài)管理采空區(qū)邊界。在管理采空區(qū)、設(shè)計(jì)道路上準(zhǔn)確把握邊界附近信息發(fā)揮了有效作用，可以發(fā)生直接聯(lián)系的是采空區(qū)的實(shí)際體積，頂板的實(shí)際范圍等等。為安全性提供有效數(shù)據(jù)。對(duì)采空區(qū)實(shí)際巷道面積進(jìn)行推拿演算主要使用的是三維激光掃描技術(shù)，將其發(fā)件模型，呈現(xiàn)出關(guān)于采礦體的工程，確保設(shè)計(jì)能夠高效運(yùn)行。

①對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。搭建三維模型需要對(duì)采空區(qū)的體積和頂層面積進(jìn)行有效計(jì)算，對(duì)礦柱的邊界進(jìn)行劃分，運(yùn)用探測(cè)所獲得數(shù)據(jù)加以利用，為接下來進(jìn)行控制設(shè)計(jì)采礦區(qū)施工做出科學(xué)有效指導(dǎo)，進(jìn)而對(duì)采空區(qū)的穩(wěn)定性做出有效掌握，以此發(fā)揮安全管理工作的重要作用。②對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析。及時(shí)掌握采空區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，為采礦區(qū)的安全性做出設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)要控制相應(yīng)損失在有效范圍內(nèi)，并結(jié)合軟件模型對(duì)其準(zhǔn)確計(jì)算獲得最終數(shù)據(jù)。③垮塌在鄰近采場(chǎng)附近也存在這種現(xiàn)象，會(huì)造成產(chǎn)生很大的采空區(qū)，對(duì)后面施工安全和監(jiān)管產(chǎn)生安全隱患，進(jìn)而對(duì)生產(chǎn)建設(shè)的相關(guān)進(jìn)度產(chǎn)生影響。

（2）數(shù)字化管理。發(fā)展數(shù)字化礦石在進(jìn)行地下開采大范圍開采過程中容易造成安全隱患，會(huì)影響人員和施工安全以及社會(huì)的長治久安，甚至?xí)绊懡?jīng)營工作的正常有序發(fā)展?，F(xiàn)在亟待解決的安全生產(chǎn)問題是對(duì)采空區(qū)形態(tài)發(fā)小和邊界準(zhǔn)確把握，得出合理的施工方案，對(duì)可能產(chǎn)生的安全隱患做出掌握。三維激光掃描的技術(shù)可以借助其特性提升探測(cè)的效率，對(duì)區(qū)域進(jìn)行有效劃分，建立貫通聯(lián)系，借助三維數(shù)據(jù)構(gòu)建的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行處理，劃分實(shí)際邊界和采空區(qū)范圍，做到區(qū)域可視化計(jì)算的目標(biāo)，這樣才能為礦石數(shù)字化建設(shè)工作做出貢獻(xiàn)。

（3）激光掃描儀。使用二極管讓激光脈沖發(fā)送實(shí)施信號(hào)，借助探測(cè)儀器的旋轉(zhuǎn)棱鏡，將信號(hào)傳輸給目標(biāo)從而對(duì)脈沖信號(hào)就行接收，在進(jìn)行實(shí)際記錄后，運(yùn)用軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，識(shí)別出有效數(shù)據(jù)，以便輸出實(shí)體建筑模型這就是激光掃描儀的主要工作原理。在實(shí)體系統(tǒng)掃描時(shí)，將水平和垂直方向進(jìn)行裝置設(shè)計(jì)，對(duì)其測(cè)定特殊的實(shí)體部分，這就是地面三維激光掃描技術(shù)。在具體操作時(shí)，隨意站點(diǎn)都能可到相應(yīng)多種點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用極坐標(biāo)對(duì)任意點(diǎn)的具體信息作出描述。實(shí)體信息想要全面的實(shí)現(xiàn)很難通過一副掃描來完成，因此需要在不同位置進(jìn)行多次掃描，進(jìn)而產(chǎn)生不同掃描結(jié)果，利用其技術(shù)可以將每一站的實(shí)際掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取信息。進(jìn)行重新構(gòu)建不同測(cè)站類型的掃描數(shù)據(jù)在相對(duì)坐標(biāo)系時(shí)，可以借助點(diǎn)云拼接工作完成。掃描位置不一樣時(shí)，對(duì)數(shù)碼相機(jī)使用內(nèi)外置的方法對(duì)實(shí)體掃描的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并提供給點(diǎn)云整合的邊緣和彩色紋理數(shù)據(jù)。目標(biāo)綜合結(jié)構(gòu)以及形態(tài)特點(diǎn)實(shí)際情況進(jìn)行描述過程時(shí)可以運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)，利用這種技術(shù)進(jìn)行逆向搭建，完善三維模型目標(biāo)。有外界因素施加影響時(shí)，系統(tǒng)則出現(xiàn)減少數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確程度情況，數(shù)據(jù)質(zhì)量低。包含誤差現(xiàn)象，在使用掃描儀時(shí)表現(xiàn)特點(diǎn)為發(fā)散性，激光束在對(duì)實(shí)體反射過程中脈沖波分辨率差，進(jìn)而對(duì)操作水平產(chǎn)生影響。

5 結(jié)語

三維掃描智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在對(duì)采礦區(qū)使用時(shí)，很大程度提升了勘查的準(zhǔn)確度，滿足了監(jiān)測(cè)采空區(qū)智能化的效果。研究表明，三維改變形態(tài)的有效實(shí)施，可以降低傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)無法獲得精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的情況，進(jìn)而對(duì)測(cè)量的準(zhǔn)確程度和有效金屬礦山的開采做出了積極貢獻(xiàn)。