关键词：三维激光扫描 应用 测量
1前言
三维激光扫描技术又称“实景复制技术”，可获取任何复杂的现场环境及空间目标的三维立体信息，快速重构目标的三维模型及线、面、体、空间等各种数据，再现客观事物真实的形态特性，其非接触的数据获取方式能在不触及扫描对象的情况下进行数据采集。
2 三维激光扫描技术理论
三维激光扫描技术选用的是非接触式高速激光测量的方法，对相关物体几何数据及影音资料进行获取，最后利用后处理软件对数据进行处理和分析，转换成具有坐标系的三维空间坐标及模型，并能够用多种数据格式输出，满足空间数据库的数据源。当采空区面积、体积达到一定规模时，可能诱发大规模冒落等地质灾害，安全生产形势十分严峻，合理对采空区进行测量。传统的井下测量方法在空间分布形态、数据精度、位置等多方面存在测量缺陷。三维激光扫描它能够十分快捷地对井下采空区的地形地貌进行全方位和无损扫描，扫描后导入数据处理软件中获得采空区的三维空间地形、体积、横断面大小等数据。
3 三维激光扫描工作其原理
三维激光扫描CMS V400是在三维激光扫描仪内有一个激光脉冲发射体，两个反光镜快速而有序的旋转。将发射出的狭束激光脉冲依次扫过被测区域，测量每个激光脉冲从出发到被测物体表面再返回仪器所经过的时间来计算距离，同时编码器测量每个脉冲的角度，可得到被测物体的三维真实坐标。
4 三维激光扫描系统组成部分
4.1 硬件部分主要设备有
(1)扫描仪探头；（2)电瓶;（3)电源数据连接线；（4)三脚架；（5)扫描配件；（6)手簿等。
4.2 软件部分主要有
（1)手簿同步软件；（2)CMS Desktop 控制转换软件；（3)三维图形处理软件。
5 三维激光扫描技术在大马芦采空区中的应用
5.1大马芦采空区现状分析
大马芦氧化矿生产基地，开采不断下延，崩落法空区、全面法采空区不断增多，一旦处理防护不当，空区会发生片帮、冒顶、垮塌等现象。目前，大马芦共计10个生产中段，现有采空区107个，现有空区总体积为10 448 280m3（约1045万m3）、面积515 670m2（约51.6万m2）。
5.2 三维激光扫描技术在大马芦采空区和34#溜井的应用
5.2.1传统的采空区测量
传统采空区测量使用的仪器主要是全站仪、森林罗盘仪及测距仪。由于安全性是一大问题，所以测量技术人员只能在采空区联道口安置仪器，测量人员能见的空区轮廓点少。将这些点绘制成平面图，再在“空区平面图”的基础上绘制成“空区剖面图”，以反映空区形态或计算空区体积。这种办法因数据量少，难免有盲区，测取的数据量难以全面的反映空区的空间形态，准确性受人为因素影响较大。
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5.2.2 三维激光扫描测量
5.2.2.1 现场踏勘
首先，要进行现场踏勘，制作扫描规划草图，观察工作现场是否具备测量条件。规划的内容包括: 外业操作人员、设站位置、扫描区域和时间等。
5.2.2.2 扫描实施
外业点云数据采集，主要步骤如下：（1）电源连接；（2）连接扫描仪和手簿；（3）确定扫描站数据的路径和名称；（4）确定工程目录及工程名称；（5）设置扫描仪参数，主要包括：扫描密度、扫描方式，扫描大小角度等；（6）三维点云数据扫描。
5.2.2.3内业数据处理。
数据处理主要分为以下几个步骤：先通过手簿与电脑连接的同步软件将采集的数据导入电脑，用CMS_PockPC软件打开数据文件，输入所测的中心点位置及方位，保存为DXF、XYZ等格式，一般都将其保存为DXF格式。数据的处理，需要通过特殊软件处理，目前来说主要采用 CAD，但效果却十分有限。为保证工作的正常进行，在进行数据导入之前，需要对数据先进行抽稀操作，从而实现数据量的有效减少，留下有典型性与代表性的数据。这样不仅能够保证数据的精准度，同时可以提高软件运行速度。将抽稀数据作为原始数据，利用专业软件建立模型，以模型为基础，对矿山采空区断面面积与采空区实体体积进行计算，最终实现对采空区面积、体积的精准测量。
5.2.2.4三维激光扫描在大马芦采空区应用实例
1660中段15-2-15矿体采空区进行扫描，建立了采空区CAD平面图和三维模型图，空区长38米，宽23米，高22米，体积为3580m3。
5.2.2.5 三维激光扫描对溜井的应用实例
1360-1540中段34#溜井变形进行扫描，建立了CAD平面图和Dimine模型图，溜井变形高度64米，变形严重区域宽8米，体积约为603m3。
6 成果分析
(1)测量精度 使用传统测量方法对采空区或溜井测量时，由于工作人员无法近距对现场测量，造成碎部点的密度不足,进行采空区体积和溜井变形体积计算时,其精度不能保证。反之，三维激光扫描技术在远程遥控，全方位的采集空间信息，获得其内部的准确数据。
(2)测量速度 传统测量受人员、仪器、外界条件的影响较大,测量时速度很慢。采用三维激光扫描仪单次扫描时间约为7分钟。
(3)安全隐患 传统测量要获取采空区大量现场数据，就近可能进入现场，而采空区顶板高，暴露面积大，容易顶板冒顶，片帮脱落。三维激光扫描技术采用非接触测量方式进行并自动存储点云数据。
(4)指导生产 传统测量采用数据报表,人为主观因素较大,管理人员无法直观了解的实际状况，只能作为参考。三维激光扫描采集数据准确度高，更能准确的指导生产。
7 结语
三维激光扫描技术在自身具有主动性强、速度快、全数字化、实时性强、精准度高等特点，能够对矿山采空区真实三维场景数据进行快速获取，彻底的改变了传统矿山采空区测绘中单点测量的数据获取方式，精确分析矿山采空区的稳定性问题，为矿区的安全性保护措施详实的数据。三维激光扫描系统在矿山井下测量工作、保护矿山安全生产和优化采矿工程设计方面均有非常广阔的应用前景。
参考文献：
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[2] 周文坦. 激光测距仪在井下测量中的一些应用[ J ]. 福建建材，2015（3）：93 - 94.
[3] 夏永华 ，方源敏，孙宏生 ，瓦学坤 ，陈 杰，顾德茂 三维激光探测技术在采空区测量中应用于实践 2009（2）
论文作者:胡民
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年2期
论文发表时间:2020/3/16
标签：采空区论文; 测量论文; 激光论文; 数据论文; 矿山论文; 技术论文; 体积论文; 《工程管理前沿》2020年2期论文;