鐘濤

摘 要：由于露天礦山的測量條件復(fù)雜、測量困難，導(dǎo)致常規(guī)測量技術(shù)的效率過低。介紹了三維激光掃描技術(shù)的原理，并研究了掃描成果。通過實例應(yīng)用，并與常規(guī)測量手段進行對比，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；點云數(shù)據(jù)；紅外線光束

中圖分類號：TD672 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.15.141

文章編號：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、體積和位置在時間域和空間域中的變化。我國很多露天礦山大、中型邊坡較高，露天礦山邊坡位移監(jiān)測是礦山邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測的主要內(nèi)容之一。通過多次測量的數(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，這對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，會反射回掃描儀，掃描儀對激光點所接觸物體表面的信息進行處理并自動存儲和計算，獲得點云數(shù)據(jù)。生成的點云數(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為每個激光點測距結(jié)果；β為每個激光點與初始姿態(tài)夾角。

2 三維激光掃描儀測量流程

測量流程分為以下3步：①根據(jù)精度要求并結(jié)合實地情況制訂合理的測量方案。在制訂方案前，應(yīng)進行實地勘察，由于變形監(jiān)測需要長期進行，應(yīng)在勘測區(qū)選定多個測量控制點。②按照測量方案進行數(shù)據(jù)采集工作。掃描完成后，在現(xiàn)場初步分析數(shù)據(jù)質(zhì)量是否符合設(shè)計要求。③數(shù)據(jù)處理。對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，由于在掃描物體時，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，可對三維激光數(shù)據(jù)進行配準(zhǔn)，而配準(zhǔn)一直是地面三維激光掃描技術(shù)中的重點，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)就是將不同視點的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個坐標(biāo)系，使之成為一個整體。

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

3 實例應(yīng)用

在山西某露天礦山邊坡變形監(jiān)測項目中，分別使用三維激光掃描技術(shù)和常規(guī)測量方法進行測量，對測量所得的數(shù)據(jù)分別進行了處理。在此項目中，三維激光掃描技術(shù)利用了控制點的配準(zhǔn)方法。對應(yīng)用常規(guī)測量方法與三維激光掃描技術(shù)所測得的結(jié)果進行了對比，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 對比結(jié)果

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

4 結(jié)束語

三維激光掃描技術(shù)可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離非接觸測量，可容易地測量條件困難的工程，且精度也得到了一定的提高。三維激光掃描測量技術(shù)與常規(guī)露天礦山邊坡變形監(jiān)測測量技術(shù)相比，有明顯優(yōu)勢，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)測領(lǐng)域中有非常廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1]黃聲享，尹暉，蔣征.變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2010.

[2]王黎明，劉夫曉，王新生.三維激光掃描技術(shù)在礦山巷道變形監(jiān)測中的應(yīng)用[J].礦山測量，2011（3）：79-80.

[3]丁延輝.地面三維激光數(shù)據(jù)配準(zhǔn)研究[J].測繪通報，2009（02）：57-59.

〔編輯：張思楠〕