三维激光扫描技术在矿山巷道变形监测中的应用.pdf

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1、第3期矿山测量No．32013年6月MINESURVEYINGJun．2013doi：10．3969／j．issn．1001—358X．2013．03．26三维激光扫描技术在矿山巷道变形监测中的应用王黎明，刘夫晓，王新生(山东金岭铁矿，山东淄博255081)摘要：文中介绍了近年来被称为实景复制技术的三维激光扫描技术，三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三雏点云数据。因此，可用于获取高精度、高分辨率的数字地形模型。基于其独特的特点，分析了将三维激光扫描技术用在巷道快速变形监测中的可能性，探讨了将该技术应用在山东金岭铁矿召口

2、矿巷道快速变形监测中的作业方法，并对可能出现的问题提出了一些初步的解决办法。关键词：三维激光扫描技术；变形监测；巷道中图分类号：P228．5文献标识码：B文章编号：1001—358X(2013)03—0079—03Xs=Scos0cosa，Ys=Scos0sina，Zs=Ssin01三维激光扫描技术1．1三维激光扫描简介。zs)三维激光扫描仪是通过发射激光来扫描获取被测物体表面三维坐标和反射光强度的仪器，是一种无接触式主动测量系统。三维激光扫描系统从操作的空间位置可以划分为如下四类：机载型激光扫描y系统、地面型激光扫描系统

3、、手持型激光扫描仪⋯。图1测量计算图例1．2三维激光扫描仪工作原理1．3系统组成山东金岭铁矿数据采集采用的是地面型的三维仪器包括硬件和软件两个部分：硬件包括三维激光扫描仪。其工作原理为激光脉冲发射器周期地激光扫描仪、电源和支架系统，软件为数据处理系驱动一激光二极管发射激光脉冲，然后由接手透镜统。接受目标表面后向反射信号，产生一接收信号，利用1．4设备性能参数一稳定的石英时钟对发射与接收时间差作计数，最以TrimbleFX型号的扫描仪为例，其性能参数后由微电脑通过软件，按照算法处理原始数据，从中为：计算出采样点的空间距离；通

4、过传动装置的扫描运扫描距离最小为0．3m，最大为140m，扫描速动，完成对物体的全方位扫描；然后进行数据整理，度最大为800000pts／s，单点测量精度<0．4mm@11通过一系列处理获取目标表面的点云数据。以点m，距离精度<0．6mm@11m，标靶获取精度<1mm云形式获取扫描物体表面阵列式几何图形的三维数@15m，角度误差为25”(1．6mm@11m；3mm@21据。其获取扫描目标点云坐标原理为：根据内部精m)。密的测量系统获取发射出去的激光光束的水平方向1．5系统工作流程角度ot和垂直方向角度0；由脉冲激光发射到反

5、射被整个系统工作流程是：方案的拟定和选择——接收的时间计算得到扫描点到仪器的距离值S；从获外业扫描数据获取——内业数据处理(点云预处理、取扫描反射接收的激光强度，对扫描点进行颜色灰拼接、建模等)——成果输出。度的匹配。对于激光扫描仪而言采样的是系统局部坐标，扫描仪的内部为坐标原点，一般、y轴在局部2三维激光扫描仪在矿山巷道变形监测中的优点坐标系的水平面上，y轴常为扫描仪描方向，z轴为三维激光扫描技术对巷道进行整体的扫描，得垂向方向，如图1所示。由此，可得扫描目标点P的出扫描面的点云数据，通过对多次扫描点云的分析坐标(s、y

6、g、Zs)的计算公式：对比，来找出变形体的变形，如图2。79第3期矿山测量2013年6月备工作。针对不同的扫描目标或建模的精度要求，合理地选择扫描的密度和各项参数。标志球是后期数据配准的关键，需要进行高密度扫描，以满足配准的精度要求。3．3三维建模通过数据配准和数据滤波得到该巷道的外表面信息，如下图3、图4所示。图2激光扫描仪用于巷道变形监测与传统的巷道变形监测相比有如下优点：(1)三维激光扫描仪无需设置反射棱镜进行无接触测量，传统方法一般是以接触测量为主，在人员难以企及的危险地段三维激光扫描仪的使用占有明图3巷道点云数据

7、显优势。(2)与近景摄影测量等光学摄影测量为原理测量有明显的优势。摄影测量获取的是影像照片，而激光扫描获取的是三维点云数据，摄影测量对环境图4巷道三维模型光线、温度要求高，激光扫描仪对环境基本没有苛刻不定期的对该斜坡道进行三维激光扫描，并比的要求。对测站数据便可时刻掌握该斜坡道的变形情况。(3)传统的测量仪器使用基于“点”模式的目标识别系统，而三维激光扫描仪是基于“形、象”模式的4结论与展望目标识别系统。在传统的点模式下，要想测量巷道在本文中，总结了以往的巷道变形监测技术，并的变形，必须在巷道上布设一定的点，通过测量点的对

8、这些技术进行了对比分析，提出各自在现代的巷信息来反映巷道的变形；但是三维激光扫描系统并道快速变形监测中的不足之处。分析了将三维激光不需要在巷道上布设点，其通过高密度的点云数据扫描仪应用在巷道变形监测中的可能性。来直接测定巷道的变形。三维激光扫描仪突破了单随着传统测绘技术向数字化测绘技术转化，面点测量方式