鐘濤

摘 要：由于露天礦山的測(cè)量條件復(fù)雜、測(cè)量困難，導(dǎo)致常規(guī)測(cè)量技術(shù)的效率過(guò)低。介紹了三維激光掃描技術(shù)的原理，并研究了掃描成果。通過(guò)實(shí)例應(yīng)用，并與常規(guī)測(cè)量手段進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，三維激光掃描技術(shù)在露天礦山變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描技術(shù)；礦山；點(diǎn)云數(shù)據(jù)；紅外線光束

中圖分類(lèi)號(hào)：TD672 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.15.141

文章編號(hào)：2095-6835（2015）15-0141-01

變形是自然界普遍存在的現(xiàn)象，指變形體在各種影響因素的作用下，其形狀、體積和位置在時(shí)間域和空間域中的變化。我國(guó)很多露天礦山大、中型邊坡較高，露天礦山邊坡位移監(jiān)測(cè)是礦山邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容之一。通過(guò)多次測(cè)量的數(shù)據(jù)，可得到露天礦山邊坡的變形規(guī)律、分析邊坡的變形趨勢(shì)，這對(duì)保證露天礦的安全生產(chǎn)具有重要的意義。

1 三維激光掃描技術(shù)的工作原理

地面三維激光掃描儀采用非接觸式高速激光的測(cè)量方式，其工作原理為：三維激光掃描儀發(fā)射紅外線光束，光束一旦接觸到物體，會(huì)反射回掃描儀，掃描儀對(duì)激光點(diǎn)所接觸物體表面的信息進(jìn)行處理并自動(dòng)存儲(chǔ)和計(jì)算，獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)。生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維坐標(biāo)為（Xi，Yi，Zi）。其中：

式（1）中：Xi，Yi，Zi表示激光掃描點(diǎn)中心的位置，可根據(jù)數(shù)據(jù)解算需要設(shè)置φ，ω，κ為初始的姿態(tài)參數(shù)；r為每個(gè)激光點(diǎn)測(cè)距結(jié)果；β為每個(gè)激光點(diǎn)與初始姿態(tài)夾角。

2 三維激光掃描儀測(cè)量流程

測(cè)量流程分為以下3步：①根據(jù)精度要求并結(jié)合實(shí)地情況制訂合理的測(cè)量方案。在制訂方案前，應(yīng)進(jìn)行實(shí)地勘察，由于變形監(jiān)測(cè)需要長(zhǎng)期進(jìn)行，應(yīng)在勘測(cè)區(qū)選定多個(gè)測(cè)量控制點(diǎn)。②按照測(cè)量方案進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作。掃描完成后，在現(xiàn)場(chǎng)初步分析數(shù)據(jù)質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)要求。③數(shù)據(jù)處理。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，由于在掃描物體時(shí)，采集的數(shù)據(jù)包含了許多不需要的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)預(yù)處理后，可對(duì)三維激光數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，而配準(zhǔn)一直是地面三維激光掃描技術(shù)中的重點(diǎn)，配準(zhǔn)的精度直接影響著后期成果的精度。數(shù)據(jù)配準(zhǔn)就是將不同視點(diǎn)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個(gè)坐標(biāo)系，使之成為一個(gè)整體。

與常規(guī)測(cè)量相比，三維激光掃描儀無(wú)需測(cè)量精度高、監(jiān)測(cè)速度快、先埋設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、接觸滑坡體，且能反映監(jiān)測(cè)對(duì)象的整體變形趨勢(shì)；測(cè)量時(shí)為面采集模式，可快速獲取高精度、高密度的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，且可進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理和建模，可得到整個(gè)變形區(qū)域的變形信息；通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和研究，可得出變形體的變形規(guī)律，并對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的變形趨勢(shì)進(jìn)行分析，以更好地對(duì)變形進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而使損失降到最低。

3 實(shí)例應(yīng)用

在山西某露天礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，分別使用三維激光掃描技術(shù)和常規(guī)測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量，對(duì)測(cè)量所得的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了處理。在此項(xiàng)目中，三維激光掃描技術(shù)利用了控制點(diǎn)的配準(zhǔn)方法。對(duì)應(yīng)用常規(guī)測(cè)量方法與三維激光掃描技術(shù)所測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 對(duì)比結(jié)果

從表1可看出，三維激光掃描技術(shù)獲取了大量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，比常規(guī)測(cè)量方法所獲得的點(diǎn)多得多，使測(cè)量精度得到提高；與常規(guī)測(cè)量方法相比，運(yùn)用三維激光掃描儀獲取了大量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行了特征提取，精確獲得了整個(gè)礦山邊坡地面的變化狀況，生成了三維影像，使測(cè)量成果更為直觀；三維激光掃描技術(shù)在獲得了大量的基礎(chǔ)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的同時(shí)，節(jié)約了人力、時(shí)間和費(fèi)用。由A，B，C三個(gè)區(qū)的測(cè)量結(jié)果可知，三維激光掃描技術(shù)獲得的結(jié)果比常規(guī)測(cè)量方法的更加穩(wěn)定、可靠。

4 結(jié)束語(yǔ)

三維激光掃描技術(shù)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離非接觸測(cè)量，可容易地測(cè)量條件困難的工程，且精度也得到了一定的提高。三維激光掃描測(cè)量技術(shù)與常規(guī)露天礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)測(cè)量技術(shù)相比，有明顯優(yōu)勢(shì)，可精確獲得邊坡的變化狀況。因此，三維激光掃描技術(shù)在邊坡變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中有非常廣闊的應(yīng)用前景。

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〔編輯：張思楠〕