激光測(cè)量技術(shù)論文(2)
激光測(cè)量技術(shù)論文
激光測(cè)量技術(shù)論文篇二
3D激光掃描技術(shù)在露天礦測(cè)量中的應(yīng)用探究
【摘 要】激光掃描技術(shù)具有快速性，不接觸性，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、主動(dòng)性，高密度、高精度，數(shù)字化、自動(dòng)化等特性，正好適用于露天礦的地面和地下測(cè)量。用露天礦的激光掃描數(shù)據(jù)，建立了露天采區(qū)三維高精度模型，為礦山設(shè)計(jì)、礦山生產(chǎn)及數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)管理提供可靠信息，另外把激光掃描技術(shù)用于地下巷道進(jìn)行測(cè)量，迅速建立好巷道模型，直觀地獲取了各巷道之間的空間關(guān)系，為“數(shù)字礦山”提供全面、高精度數(shù)據(jù)。
【關(guān)鍵詞】激光掃描;露天礦;測(cè)量
一、三維激光掃描技術(shù)的特點(diǎn)
三維激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)相比具有如下一些特點(diǎn)：
(1)非接觸測(cè)量
三維激光掃描技術(shù)采用非接觸掃描目標(biāo)的方式進(jìn)行測(cè)量，無(wú)需反射棱鏡，對(duì)掃描目標(biāo)物體不需進(jìn)行任何表面處理，直接采集物體表面的三維數(shù)據(jù)，所采集的數(shù)據(jù)完全真實(shí)可靠?？梢杂糜诮鉀Q危險(xiǎn)目標(biāo)、環(huán)境(或柔性目標(biāo))及人員難以企及的情況，具有傳統(tǒng)測(cè)量方式難以完成的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
(2)數(shù)據(jù)采樣率高
目前，采用脈沖激光或時(shí)間激光的三維激光掃描儀采樣點(diǎn)速率可達(dá)到數(shù)千點(diǎn)，秒.而采用相位激光方法測(cè)量的三維激光掃描儀甚至可以達(dá)到數(shù)十萬(wàn)點(diǎn)/秒?？梢?jiàn)采樣速率是傳統(tǒng)測(cè)量方式難以比擬的。
(3)主動(dòng)發(fā)射掃描光源
三維激光掃描技術(shù)采用主動(dòng)發(fā)射掃描光源(激光)，通過(guò)探測(cè)自身發(fā)射的激光回波信號(hào)來(lái)獲取目標(biāo)物體的數(shù)據(jù)信息，因此在掃描過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)不受掃描環(huán)境的時(shí)間和空間的約束。
(4)高分辨率、高精度
三維激光掃描技術(shù)可以快速、高精度獲取海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以對(duì)掃描目標(biāo)進(jìn)行高密度的三維數(shù)據(jù)采集，從而達(dá)到高分辨率的目的。
(5)數(shù)字化采集，兼容性好
三維激光掃描技術(shù)所采集的數(shù)據(jù)是直接獲取的數(shù)字信號(hào)，具有全數(shù)字特征，易于后期處理及輸出。用戶界面友好的后處理軟件能夠與其它常用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換及共享。
(6)可與外置數(shù)碼相機(jī)、GPs系統(tǒng)配合使用
這些功能大大擴(kuò)展了三維激光掃描技術(shù)的使用范圍，對(duì)信息的獲取更加全面、準(zhǔn)確。外置數(shù)碼相機(jī)的使用，增強(qiáng)色彩色信息的采集，使掃描獲取的目標(biāo)信息更加全面。GPS定位系統(tǒng)的應(yīng)用，使得三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用范圍更加廣泛，與工程的結(jié)合更加緊密。近一步提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
(7)結(jié)構(gòu)緊湊、防護(hù)能力強(qiáng)適合野外使用
日前常用的掃描設(shè)備一般具有體積小、重量輕、防水、防潮，對(duì)使用條件要求不高，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，適于野外使用。
二、掃描技術(shù)于金屬礦中的應(yīng)用
1、設(shè)計(jì)掃描方案和獲取數(shù)據(jù)
基于黑色露天炭的反射率只有10～15%，其最大的測(cè)距只有450m，所以要分多站架設(shè)儀器。經(jīng)考察，確定在視野比較開(kāi)闊的6個(gè)地方架立儀器對(duì)礦區(qū)進(jìn)行激光掃描，每個(gè)測(cè)站分別采用近距離標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量和遠(yuǎn)距離精密測(cè)量?jī)煞N模式，標(biāo)準(zhǔn)模式一周用時(shí)4min，精密測(cè)量模式一周用時(shí)12.5min。把整個(gè)礦區(qū)測(cè)完大約只要2.5h，若是兩臺(tái)全站儀則至少需要兩天的時(shí)間才能測(cè)完，可見(jiàn)3D掃描儀的速度有多快。
2、處理數(shù)據(jù)和建立三維模型
(1)平滑掃描數(shù)據(jù)。均勻化點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離，使得測(cè)量距離的誤差變小;平滑分為連續(xù)和不連續(xù)表面平滑兩種，不連續(xù)的表面是在較遠(yuǎn)的距離上有前景的數(shù)據(jù)和對(duì)象，而連續(xù)的表面是指其所有的點(diǎn)都處于其上面的平面;因此，樹(shù)和燈柱等適合用不連續(xù)平滑，而墻則更適合是連續(xù)平滑。
(2)過(guò)濾數(shù)據(jù)。用孤點(diǎn)過(guò)濾，其中過(guò)濾點(diǎn)的間隔菜單會(huì)有提示，在通常情況下我們都是選取2m，也就是，假如在一個(gè)點(diǎn)的方圓2m之內(nèi)不存在其他的點(diǎn)，則將會(huì)被過(guò)濾掉;接著，進(jìn)行最小間隔的過(guò)濾，在實(shí)際中，考慮到金屬礦上所要求的精度，20cm，則意味著兩點(diǎn)的距離最小要求在20cm。在軟件的過(guò)濾選項(xiàng)中，其實(shí)還有很多的內(nèi)容，我們?cè)诓僮鞯臅r(shí)候，可以根據(jù)實(shí)際的情況和自己的需要進(jìn)行選擇。其后，再進(jìn)行數(shù)據(jù)的修剪，把那些沒(méi)用的點(diǎn)全都刪除掉，最后進(jìn)行孤點(diǎn)的過(guò)濾，形成彩色的點(diǎn)陣圖。
(3)平面三角化點(diǎn)云。在進(jìn)行三角化的時(shí)候，要注意確定三角網(wǎng)的最小角和最大邊，控制TTN 的精度和結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行建立表面模型的時(shí)候，有球面三角化和平面三角化兩種形式，平面三角化就是于X―Y平面中創(chuàng)建三角網(wǎng)，就是用于創(chuàng)建激光掃描點(diǎn)的二維三角網(wǎng);然而，對(duì)于帶有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的單個(gè)掃描數(shù)據(jù)，則采用球面三角化比較適合。上述就是一個(gè)站上模型的建立過(guò)程，多站激光掃描數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)坐標(biāo)登記和坐標(biāo)糾正后，才能建立多測(cè)站的整個(gè)測(cè)區(qū)的統(tǒng)一模型。
3、坐標(biāo)的登記以及坐標(biāo)的糾正
基于當(dāng)次激光掃描的是指測(cè)站不是在已知點(diǎn)上進(jìn)行的，所以，被掃描出來(lái)的一幅掃描點(diǎn)云圖的坐標(biāo)系是任意的，利用它不能夠直接的建立整個(gè)露天礦測(cè)區(qū)的模型，精確的將多幅點(diǎn)云圖納入到統(tǒng)一的坐標(biāo)系，這樣一種方法我們將它稱之為坐標(biāo)的匹配。
坐標(biāo)的糾正，是把點(diǎn)云納入至地面測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)的方法。其的操作過(guò)程是，與掃描區(qū)域附近或掃描區(qū)域之中的控制點(diǎn)設(shè)置標(biāo)靶，進(jìn)而使得相鄰的激光掃描點(diǎn)云圖上有3個(gè)以上的控制點(diǎn)標(biāo)靶，通過(guò)對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行的強(qiáng)制符合，就可以將相鄰的掃描點(diǎn)云圖統(tǒng)一至相同的一個(gè)特定坐標(biāo)系之中，這被稱之為全局方式的坐標(biāo)糾正，這樣可以有效的防止在進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差的積累。而球形標(biāo)靶，則是利用反射率比較高的材料做成的圓球，將其置于控制點(diǎn)之上，其球心可以通過(guò)礦山測(cè)量的坐標(biāo)得到，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，每個(gè)激光掃描站至少要掃描到兩個(gè)以上的標(biāo)靶球，在計(jì)算出標(biāo)靶球的掃描坐標(biāo)之后，按照三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換對(duì)其進(jìn)行糾正。
4、挖礦體積的測(cè)量原理
對(duì)礦體的體積量的計(jì)算，其原理非常簡(jiǎn)單。舉個(gè)比較簡(jiǎn)單的例子，有一個(gè)碗壁很薄的碗，我們想知道它的容量，我們先給碗盛滿水，則碗身與水面所圍成的體積就是該碗的容量。這是，一個(gè)人喝了一部分的水，問(wèn)這人喝了多少水?其實(shí)就會(huì)喝水的前后碗體本身和水面圍成的體積。而礦的每月挖方量的原理也是如此，就是本月與前個(gè)月礦體表面圍成的體積。
5、金屬礦開(kāi)采量的計(jì)算的應(yīng)用
為了方便，將修剪、過(guò)濾和平滑統(tǒng)為修剪，而且每一次的測(cè)量全都進(jìn)行了6站激光掃描。經(jīng)過(guò)2種處理方法形成總點(diǎn)云，可以先坐標(biāo)糾正后修剪，也可以先修剪后坐標(biāo)糾正。每一個(gè)模型都可以計(jì)算“表面圍成的體積”，被計(jì)算處理的體積是相對(duì)于基準(zhǔn)面礦體范圍內(nèi)的體積。
三、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，應(yīng)用全數(shù)字三維激光掃描技術(shù)來(lái)開(kāi)展露天礦山測(cè)量工作，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的礦山測(cè)量技術(shù)，為我們提供了可靠、快捷、方便、安全的技術(shù)解決方案，是目前露天礦山地質(zhì)測(cè)量中最有效、最快捷、最經(jīng)濟(jì)、最安全的技術(shù)手段，它必將在露天礦山測(cè)量中得到廣泛的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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