激光測量技術(shù)論文(2)
激光測量技術(shù)論文
激光測量技術(shù)論文篇二
3D激光掃描技術(shù)在露天礦測量中的應用探究
【摘 要】激光掃描技術(shù)具有快速性，不接觸性，實時、動態(tài)、主動性，高密度、高精度，數(shù)字化、自動化等特性，正好適用于露天礦的地面和地下測量。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，為礦山設計、礦山生產(chǎn)及數(shù)據(jù)動態(tài)管理提供可靠信息，另外把激光掃描技術(shù)用于地下巷道進行測量，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;測量
一、三維激光掃描技術(shù)的特點
三維激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)測量技術(shù)相比具有如下一些特點：
(1)非接觸測量
三維激光掃描技術(shù)采用非接觸掃描目標的方式進行測量，無需反射棱鏡，對掃描目標物體不需進行任何表面處理，直接采集物體表面的三維數(shù)據(jù)，所采集的數(shù)據(jù)完全真實可靠?？梢杂糜诮鉀Q危險目標、環(huán)境(或柔性目標)及人員難以企及的情況，具有傳統(tǒng)測量方式難以完成的技術(shù)優(yōu)勢。
(2)數(shù)據(jù)采樣率高
目前，采用脈沖激光或時間激光的三維激光掃描儀采樣點速率可達到數(shù)千點，秒.而采用相位激光方法測量的三維激光掃描儀甚至可以達到數(shù)十萬點/秒?？梢姴蓸铀俾适莻鹘y(tǒng)測量方式難以比擬的。
(3)主動發(fā)射掃描光源
三維激光掃描技術(shù)采用主動發(fā)射掃描光源(激光)，通過探測自身發(fā)射的激光回波信號來獲取目標物體的數(shù)據(jù)信息，因此在掃描過程中，可以實現(xiàn)不受掃描環(huán)境的時間和空間的約束。
(4)高分辨率、高精度
三維激光掃描技術(shù)可以快速、高精度獲取海量點云數(shù)據(jù)，可以對掃描目標進行高密度的三維數(shù)據(jù)采集，從而達到高分辨率的目的。
(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，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行數(shù)據(jù)交換及共享。
(6)可與外置數(shù)碼相機、GPs系統(tǒng)配合使用
這些功能大大擴展了三維激光掃描技術(shù)的使用范圍，對信息的獲取更加全面、準確。外置數(shù)碼相機的使用，增強色彩色信息的采集，使掃描獲取的目標信息更加全面。GPS定位系統(tǒng)的應用，使得三維激光掃描技術(shù)的應用范圍更加廣泛，與工程的結(jié)合更加緊密。近一步提高測量數(shù)據(jù)的準確性。
(7)結(jié)構(gòu)緊湊、防護能力強適合野外使用
日前常用的掃描設備一般具有體積小、重量輕、防水、防潮，對使用條件要求不高，環(huán)境適應能力強，適于野外使用。
二、掃描技術(shù)于金屬礦中的應用
1、設計掃描方案和獲取數(shù)據(jù)
基于黑色露天炭的反射率只有10～15%，其最大的測距只有450m，所以要分多站架設儀器。經(jīng)考察，確定在視野比較開闊的6個地方架立儀器對礦區(qū)進行激光掃描，每個測站分別采用近距離標準測量和遠距離精密測量兩種模式，標準模式一周用時4min，精密測量模式一周用時12.5min。把整個礦區(qū)測完大約只要2.5h，若是兩臺全站儀則至少需要兩天的時間才能測完，可見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)。均勻化點與點之間的距離，使得測量距離的誤差變小;平滑分為連續(xù)和不連續(xù)表面平滑兩種，不連續(xù)的表面是在較遠的距離上有前景的數(shù)據(jù)和對象，而連續(xù)的表面是指其所有的點都處于其上面的平面;因此，樹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)過濾數(shù)據(jù)。用孤點過濾，其中過濾點的間隔菜單會有提示，在通常情況下我們都是選取2m，也就是，假如在一個點的方圓2m之內(nèi)不存在其他的點，則將會被過濾掉;接著，進行最小間隔的過濾，在實際中，考慮到金屬礦上所要求的精度，20cm，則意味著兩點的距離最小要求在20cm。在軟件的過濾選項中，其實還有很多的內(nèi)容，我們在操作的時候，可以根據(jù)實際的情況和自己的需要進行選擇。其后，再進行數(shù)據(jù)的修剪，把那些沒用的點全都刪除掉，最后進行孤點的過濾，形成彩色的點陣圖。
(3)平面三角化點云。在進行三角化的時候，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)。在進行建立表面模型的時候，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)建激光掃描點的二維三角網(wǎng);然而，對于帶有復雜結(jié)構(gòu)的單個掃描數(shù)據(jù)，則采用球面三角化比較適合。上述就是一個站上模型的建立過程，多站激光掃描數(shù)據(jù)需要經(jīng)過坐標登記和坐標糾正后，才能建立多測站的整個測區(qū)的統(tǒng)一模型。
3、坐標的登記以及坐標的糾正
基于當次激光掃描的是指測站不是在已知點上進行的，所以，被掃描出來的一幅掃描點云圖的坐標系是任意的，利用它不能夠直接的建立整個露天礦測區(qū)的模型，精確的將多幅點云圖納入到統(tǒng)一的坐標系，這樣一種方法我們將它稱之為坐標的匹配。
坐標的糾正，是把點云納入至地面測量坐標系統(tǒng)的方法。其的操作過程是，與掃描區(qū)域附近或掃描區(qū)域之中的控制點設置標靶，進而使得相鄰的激光掃描點云圖上有3個以上的控制點標靶，通過對控制點進行的強制符合，就可以將相鄰的掃描點云圖統(tǒng)一至相同的一個特定坐標系之中，這被稱之為全局方式的坐標糾正，這樣可以有效的防止在進行坐標轉(zhuǎn)換時的坐標轉(zhuǎn)換誤差的積累。而球形標靶，則是利用反射率比較高的材料做成的圓球，將其置于控制點之上，其球心可以通過礦山測量的坐標得到，在進行測量時，每個激光掃描站至少要掃描到兩個以上的標靶球，在計算出標靶球的掃描坐標之后，按照三維坐標轉(zhuǎn)換對其進行糾正。
4、挖礦體積的測量原理
對礦體的體積量的計算，其原理非常簡單。舉個比較簡單的例子，有一個碗壁很薄的碗，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，一個人喝了一部分的水，問這人喝了多少水?其實就會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，就是本月與前個月礦體表面圍成的體積。
5、金屬礦開采量的計算的應用
為了方便，將修剪、過濾和平滑統(tǒng)為修剪，而且每一次的測量全都進行了6站激光掃描。經(jīng)過2種處理方法形成總點云，可以先坐標糾正后修剪，也可以先修剪后坐標糾正。每一個模型都可以計算“表面圍成的體積”，被計算處理的體積是相對于基準面礦體范圍內(nèi)的體積。
三、結(jié)語
綜上所述，應用全數(shù)字三維激光掃描技術(shù)來開展露天礦山測量工作，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的礦山測量技術(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)測量中最有效、最快捷、最經(jīng)濟、最安全的技術(shù)手段，它必將在露天礦山測量中得到廣泛的應用。
參考文獻
[1]夏永華，三維激光探測技術(shù)在采空區(qū)測量中的應用與實踐[期刊論文]-金屬礦山 ，2009
[2]李夕兵，地下空區(qū)激光三維探測應用研究[期刊論文]-金屬礦山 ，2008
[3]夏永華，方源敏，激光探測系統(tǒng)在采空區(qū)測量中的精度評價[期刊論文]-有色金屬 ，2009
看了“激光測量技術(shù)論文”的人還看：
2.測繪科技論文