易紅平

摘要：文章以CMS洞穴掃描技術(shù)為主，通過對其硬件的組成和工作原理進行研究，通過現(xiàn)場探測的方法對采空區(qū)的數(shù)據(jù)進行采集，再結(jié)合Dimine數(shù)字三維軟件工具將礦山采空區(qū)生成三維立體模型，并以此模型為基礎(chǔ)、以圖文為媒介介紹空洞內(nèi)的掃描情況和后續(xù)處理方法。

關(guān)鍵詞：CMS洞穴掃描技術(shù)；Dimine數(shù)字化軟件；礦山測量；采空區(qū)；測量數(shù)據(jù) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD679 文章編號：1009-2374（2015）34-0148-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.076

1 CMS洞穴掃描技術(shù)的主要設(shè)備構(gòu)成和基本原理

第一，CMS洞穴掃描技術(shù)主要是由以下部分組成的：（1）掃描探頭；（2）無線設(shè)備控制手簿；（3）設(shè)備電源；（4）相關(guān)設(shè)備附件（數(shù)據(jù)線、電源線、連接桿等）。

第二，CMS洞穴掃描技術(shù)的主要原理是利用無線設(shè)備控制手薄內(nèi)已經(jīng)設(shè)置好的程序，通過該程序?qū)o線信號傳送到電源內(nèi)部的接收裝置，再由接收裝置將信息傳遞到掃描探頭，由掃描探頭對需要掃描的目標進行掃描，以完成這個操作。

第三，使用CMS洞穴掃描技術(shù)如何得到空間數(shù)據(jù)的方法。由于CMS洞穴掃描技術(shù)系統(tǒng)是通過激光測距儀的一種掃描頭，當掃描頭深入空區(qū)后作360°旋轉(zhuǎn)并連續(xù)收集距離和角度數(shù)據(jù)。每完成一次360°的掃描后，掃描頭將自動地按照操作人員事先設(shè)定的角度值抬高其仰角進行新一輪的掃描（步進掃描），在操作手薄上就能直觀地看到收集更大旋轉(zhuǎn)環(huán)上的點的數(shù)據(jù)。如此反復，直至完成全部的監(jiān)測工作，從而得到完整、全面、連續(xù)、關(guān)聯(lián)的“點云”數(shù)據(jù)。CMS還可以將空區(qū)邊界點距離和角度數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為三維矢量坐標XYZ數(shù)據(jù)文件或DXF文件，為目標的三維重建提供依據(jù)。

2 CMS洞穴掃描技術(shù)工作流程

2.1 前期準備工作

在我們需要對一個地方進行CMS掃描工作之前，必須做到提前對該區(qū)域選擇作業(yè)地點，并確認其安全可靠性，如果采用的是井筒放儀器的方法，在井口周圍需用木板固定，并在井筒部留25厘米的洞，以便儀器進入。在進行作業(yè)之前還要確定好定向的方法，在確定好定向方法之后要準備好相關(guān)儀器設(shè)備，包括全站儀、三角架和掃描儀的硬件設(shè)施等，確認好這些之后還需要確認儀器的供電設(shè)備是否完備、電力是否充足、儲存資料的空間是否足夠等。

在儀器運輸過程中，對重要儀器一定要由專人看護，不得踩踏或坐在上面。到了現(xiàn)場，安置儀器時，打開儀器箱：拿儀器要拿U型支架部分，不要人為轉(zhuǎn)動掃描頭，以免降低精度或做不必要的初始化工作。其余配套設(shè)備要擺放在平整安全的地方。正常掃描后，人員要求全部撤離危險源點，在安全地方等待。掃描完畢后盡快回收儀器，避免在空區(qū)邊停留時間過長而造成不可估算的事故發(fā)生?；氐睫k公室后，要做好清潔工作。要清除灰塵和擦拭水霧，特別是幾個軸系和掃描頭的鏡面的清理，否則鏡頭有霧會影響下一次的測量精度。

2.2 現(xiàn)場操作流程

首先按規(guī)范要求安置儀器，并確認各個部位連接完好，接通電源，才能操作控制手薄。

2.2.1 點擊開始菜單下的CMS控制程序，則自動搜索儀器彈出界面等待用戶確認后進行初始化。

2.2.2 初始化完成后，彈出一個參數(shù)輸入界面，自定義輸入文件名、傾角范圍和間格、水平角間格、該界面文件名，其他均為默認值，可根據(jù)需要自定義。

2.2.3 上面的所有參數(shù)設(shè)置好之后，點擊該按鈕開始測量工作，將彈出界面“FULL AUTO LEVEL”“ELEVATION AUTO LEVEL”“NO LEVELING”“BACK”?！癋ULL AUTO LEVEL”“ELEVATION AUTO LEVEL”這兩項主要是針對掃描儀初始化后激光大致處于水平方向來進行的掃描（也就是適用于水平桿和三腳架兩種）。而“NO LEVELING”則是針對掃描儀初始化后激光處于豎直方向（豎直下放定向）而進行的掃描工作，根據(jù)現(xiàn)場所使用的定向方法進行選擇測量模式?！癇ACK”指返回上一操作界面。

2.2.4 隨后文本框內(nèi)跳出相應數(shù)據(jù)之后，正常情況下點擊“OK、OK”后，就進入最后的測量工作。

2.3 數(shù)據(jù)處理步驟

2.3.1 原始數(shù)據(jù)。使用CMS掃描得到的原始數(shù)據(jù)是TXT格式文本文件。里面的坐標信息包括兩個角度和一個距離文件，前六行為開始掃描時的初始坐標信息和時間信息，因為這些數(shù)據(jù)是以掃描儀中心點為坐標原點的，所以坐標信息為0，后面每一行為一個點的三維坐標信息。

2.3.2 數(shù)據(jù)處理。原始數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，采用CMS自帶的處理軟件CMSPosProeess Version1.5對原始掃描數(shù)據(jù)文件進行格式轉(zhuǎn)換，軟件運行窗口。將全站儀所測得的CMS上部中心和水平桿某點坐標、豎桿中心坐標及掃描頭的方位角一一對應輸入即可。CMSPosProeess可以輸出DXF、XYZ格式的文件，DXF文件在后處理軟件中打開，XYZ文件可以直接打開查看點的三維坐標值。

2.3.3 轉(zhuǎn)換后空區(qū)原始三維模型。通過CMSPosProeess Version1.5軟件對原始掃描數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)化輸出的DXF格式原始三維模型。

3 DIMINE三維數(shù)字化軟件在測量中的應用步驟

本文介紹的是通過DIMINE軟件和全站儀設(shè)備、CMS三維掃描系統(tǒng)的配合生成采空區(qū)三維模型的方法和步驟。

3.1 將DXF格式文件另存為2004CAD格式

打開DIMINE軟件，導入2004CAD格式文件。在對該界面操作的時候，要注意理解導入文件和導入視圖兩者的區(qū)分，最終效果其實是一樣的，只不過對于前者操作起來有些繁瑣。

3.2 導入DIMINE軟件后不同角度的空區(qū)實體模型

通過從不同角度旋轉(zhuǎn)觀察空區(qū)模型，可以看到掃描儀開始圈和結(jié)束圈掃不到的“洞”，有些情況下，在掃描過程中，除了掃到空區(qū)主體外，還可能掃到與主體無關(guān)的其他相通巷道，這些多余的部分在專業(yè)術(shù)語上叫做“噪音”，是在數(shù)據(jù)處理過程中必須處理的問題。本文針對空區(qū)模型較為規(guī)則的情況下進行處理。全部選中，并進行合并，合并后再次選中實體，點擊右鍵提取開口線，此時會看到模型中的“噪音”，也就是CMS獲取數(shù)據(jù)時的盲區(qū)對該處進行編輯，封閉為面，再次全選實體模型，再合并，此時就可以查看實體模型屬性中的面積、體積等內(nèi)容。如果要近似計算實體體積的塊段化實體模型，需進行六面體化。

3.3 編制工程圖

通常在進行工程布局前需先對工程的屬性進行設(shè)置，用此功能可以設(shè)置實體類型對象的輸出方式及風格樣式。工程輸出設(shè)置：點擊“工程出圖”中“工程”選項卡，對水平布局與剖面布局進行設(shè)置，添加“采場”實體類型圖形再次將“采場”一欄設(shè)置為“切割”，其他如不涉及可不進行設(shè)置。如果忽視了對該項工作進行設(shè)置，在創(chuàng)建水平或剖面布局時，該布局周圍會生產(chǎn)很多輪廓線，可以說這種布局方式起不到指導意義和

作用。

將CAD設(shè)計中的剖面線按照絕對坐標復制出來單獨建一個dwg或dxf文件，將該文件導入至DIMINE中。進行水平布局參數(shù)設(shè)置，切制平面圖可直接設(shè)置水平標高進行。確定后點擊“圖件”中“水平圖”，將實體隱藏后即可完成。進行剖面布局參數(shù)設(shè)置，選擇動態(tài)繪制創(chuàng)建，確定后按剖面線從下至上進行，點擊“剖面圖”，將實體隱藏后即可完成。添加圖框結(jié)束后，將DIMINE軟件切制的平剖面圖紙輸出至CAD圖形。選擇切制好的平剖面，右鍵“保存為CAD文件”即可完成圖形輸出。

4 結(jié)語

使用CMS掃描技術(shù)是測繪學科的新方法，具有廣泛的應用領(lǐng)域。隨著CMS掃描技術(shù)的出現(xiàn)及不斷發(fā)展與推廣，給測繪領(lǐng)域的數(shù)據(jù)獲取帶來了新的工作方法。

參考文獻

[1] 董秀軍，黃潤秋.三維激光掃描技術(shù)在高陡邊坡地質(zhì)調(diào)查中的應用[J].巖石力學與工程學報，2006，（S2）.

[2] 江家權(quán).采空區(qū)三維建模探測技術(shù)在安慶銅礦的應用[J].有色金屬（礦山部分），2008，（4）.

（責任編輯：蔣建華）