CMS技術(shù)與Dimine數(shù)字化軟件在礦山測量中的應(yīng)用

易紅平

摘要：文章以CMS洞穴掃描技術(shù)為主，通過對其硬件的組成和工作原理進(jìn)行研究，通過現(xiàn)場探測的方法對采空區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，再結(jié)合Dimine數(shù)字三維軟件工具將礦山采空區(qū)生成三維立體模型，并以此模型為基礎(chǔ)、以圖文為媒介介紹空洞內(nèi)的掃描情況和后續(xù)處理方法。

關(guān)鍵詞：CMS洞穴掃描技術(shù)；Dimine數(shù)字化軟件；礦山測量；采空區(qū)；測量數(shù)據(jù) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD679 文章編號：1009-2374（2015）34-0148-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.076

1 CMS洞穴掃描技術(shù)的主要設(shè)備構(gòu)成和基本原理

第一，CMS洞穴掃描技術(shù)主要是由以下部分組成的：（1）掃描探頭；（2）無線設(shè)備控制手簿；（3）設(shè)備電源；（4）相關(guān)設(shè)備附件（數(shù)據(jù)線、電源線、連接桿等）。

第二，CMS洞穴掃描技術(shù)的主要原理是利用無線設(shè)備控制手薄內(nèi)已經(jīng)設(shè)置好的程序，通過該程序?qū)o線信號傳送到電源內(nèi)部的接收裝置，再由接收裝置將信息傳遞到掃描探頭，由掃描探頭對需要掃描的目標(biāo)進(jìn)行掃描，以完成這個(gè)操作。

第三，使用CMS洞穴掃描技術(shù)如何得到空間數(shù)據(jù)的方法。由于CMS洞穴掃描技術(shù)系統(tǒng)是通過激光測距儀的一種掃描頭，當(dāng)掃描頭深入空區(qū)后作360°旋轉(zhuǎn)并連續(xù)收集距離和角度數(shù)據(jù)。每完成一次360°的掃描后，掃描頭將自動地按照操作人員事先設(shè)定的角度值抬高其仰角進(jìn)行新一輪的掃描（步進(jìn)掃描），在操作手薄上就能直觀地看到收集更大旋轉(zhuǎn)環(huán)上的點(diǎn)的數(shù)據(jù)。如此反復(fù)，直至完成全部的監(jiān)測工作，從而得到完整、全面、連續(xù)、關(guān)聯(lián)的“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)。CMS還可以將空區(qū)邊界點(diǎn)距離和角度數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為三維矢量坐標(biāo)XYZ數(shù)據(jù)文件或DXF文件，為目標(biāo)的三維重建提供依據(jù)。

2 CMS洞穴掃描技術(shù)工作流程

2.1 前期準(zhǔn)備工作

在我們需要對一個(gè)地方進(jìn)行CMS掃描工作之前，必須做到提前對該區(qū)域選擇作業(yè)地點(diǎn)，并確認(rèn)其安全可靠性，如果采用的是井筒放儀器的方法，在井口周圍需用木板固定，并在井筒部留25厘米的洞，以便儀器進(jìn)入。在進(jìn)行作業(yè)之前還要確定好定向的方法，在確定好定向方法之后要準(zhǔn)備好相關(guān)儀器設(shè)備，包括全站儀、三角架和掃描儀的硬件設(shè)施等，確認(rèn)好這些之后還需要確認(rèn)儀器的供電設(shè)備是否完備、電力是否充足、儲存資料的空間是否足夠等。

在儀器運(yùn)輸過程中，對重要儀器一定要由專人看護(hù)，不得踩踏或坐在上面。到了現(xiàn)場，安置儀器時(shí)，打開儀器箱：拿儀器要拿U型支架部分，不要人為轉(zhuǎn)動掃描頭，以免降低精度或做不必要的初始化工作。其余配套設(shè)備要擺放在平整安全的地方。正常掃描后，人員要求全部撤離危險(xiǎn)源點(diǎn)，在安全地方等待。掃描完畢后盡快回收儀器，避免在空區(qū)邊停留時(shí)間過長而造成不可估算的事故發(fā)生?；氐睫k公室后，要做好清潔工作。要清除灰塵和擦拭水霧，特別是幾個(gè)軸系和掃描頭的鏡面的清理，否則鏡頭有霧會影響下一次的測量精度。

2.2 現(xiàn)場操作流程

首先按規(guī)范要求安置儀器，并確認(rèn)各個(gè)部位連接完好，接通電源，才能操作控制手薄。

2.2.1 點(diǎn)擊開始菜單下的CMS控制程序，則自動搜索儀器彈出界面等待用戶確認(rèn)后進(jìn)行初始化。

2.2.2 初始化完成后，彈出一個(gè)參數(shù)輸入界面，自定義輸入文件名、傾角范圍和間格、水平角間格、該界面文件名，其他均為默認(rèn)值，可根據(jù)需要自定義。

2.2.3 上面的所有參數(shù)設(shè)置好之后，點(diǎn)擊該按鈕開始測量工作，將彈出界面“FULL AUTO LEVEL”“ELEVATION AUTO LEVEL”“NO LEVELING”“BACK”?！癋ULL AUTO LEVEL”“ELEVATION AUTO LEVEL”這兩項(xiàng)主要是針對掃描儀初始化后激光大致處于水平方向來進(jìn)行的掃描（也就是適用于水平桿和三腳架兩種）。而“NO LEVELING”則是針對掃描儀初始化后激光處于豎直方向（豎直下放定向）而進(jìn)行的掃描工作，根據(jù)現(xiàn)場所使用的定向方法進(jìn)行選擇測量模式。“BACK”指返回上一操作界面。

2.2.4 隨后文本框內(nèi)跳出相應(yīng)數(shù)據(jù)之后，正常情況下點(diǎn)擊“OK、OK”后，就進(jìn)入最后的測量工作。

2.3 數(shù)據(jù)處理步驟

2.3.1 原始數(shù)據(jù)。使用CMS掃描得到的原始數(shù)據(jù)是TXT格式文本文件。里面的坐標(biāo)信息包括兩個(gè)角度和一個(gè)距離文件，前六行為開始掃描時(shí)的初始坐標(biāo)信息和時(shí)間信息，因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)是以掃描儀中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的，所以坐標(biāo)信息為0，后面每一行為一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息。

2.3.2 數(shù)據(jù)處理。原始數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，采用CMS自帶的處理軟件CMSPosProeess Version1.5對原始掃描數(shù)據(jù)文件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，軟件運(yùn)行窗口。將全站儀所測得的CMS上部中心和水平桿某點(diǎn)坐標(biāo)、豎桿中心坐標(biāo)及掃描頭的方位角一一對應(yīng)輸入即可。CMSPosProeess可以輸出DXF、XYZ格式的文件，DXF文件在后處理軟件中打開，XYZ文件可以直接打開查看點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。

2.3.3 轉(zhuǎn)換后空區(qū)原始三維模型。通過CMSPosProeess Version1.5軟件對原始掃描數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)化輸出的DXF格式原始三維模型。

3 DIMINE三維數(shù)字化軟件在測量中的應(yīng)用步驟

本文介紹的是通過DIMINE軟件和全站儀設(shè)備、CMS三維掃描系統(tǒng)的配合生成采空區(qū)三維模型的方法和步驟。

3.1 將DXF格式文件另存為2004CAD格式

打開DIMINE軟件，導(dǎo)入2004CAD格式文件。在對該界面操作的時(shí)候，要注意理解導(dǎo)入文件和導(dǎo)入視圖兩者的區(qū)分，最終效果其實(shí)是一樣的，只不過對于前者操作起來有些繁瑣。

3.2 導(dǎo)入DIMINE軟件后不同角度的空區(qū)實(shí)體模型

通過從不同角度旋轉(zhuǎn)觀察空區(qū)模型，可以看到掃描儀開始圈和結(jié)束圈掃不到的“洞”，有些情況下，在掃描過程中，除了掃到空區(qū)主體外，還可能掃到與主體無關(guān)的其他相通巷道，這些多余的部分在專業(yè)術(shù)語上叫做“噪音”，是在數(shù)據(jù)處理過程中必須處理的問題。本文針對空區(qū)模型較為規(guī)則的情況下進(jìn)行處理。全部選中，并進(jìn)行合并，合并后再次選中實(shí)體，點(diǎn)擊右鍵提取開口線，此時(shí)會看到模型中的“噪音”，也就是CMS獲取數(shù)據(jù)時(shí)的盲區(qū)對該處進(jìn)行編輯，封閉為面，再次全選實(shí)體模型，再合并，此時(shí)就可以查看實(shí)體模型屬性中的面積、體積等內(nèi)容。如果要近似計(jì)算實(shí)體體積的塊段化實(shí)體模型，需進(jìn)行六面體化。

3.3 編制工程圖

通常在進(jìn)行工程布局前需先對工程的屬性進(jìn)行設(shè)置，用此功能可以設(shè)置實(shí)體類型對象的輸出方式及風(fēng)格樣式。工程輸出設(shè)置：點(diǎn)擊“工程出圖”中“工程”選項(xiàng)卡，對水平布局與剖面布局進(jìn)行設(shè)置，添加“采場”實(shí)體類型圖形再次將“采場”一欄設(shè)置為“切割”，其他如不涉及可不進(jìn)行設(shè)置。如果忽視了對該項(xiàng)工作進(jìn)行設(shè)置，在創(chuàng)建水平或剖面布局時(shí)，該布局周圍會生產(chǎn)很多輪廓線，可以說這種布局方式起不到指導(dǎo)意義和

作用。

將CAD設(shè)計(jì)中的剖面線按照絕對坐標(biāo)復(fù)制出來單獨(dú)建一個(gè)dwg或dxf文件，將該文件導(dǎo)入至DIMINE中。進(jìn)行水平布局參數(shù)設(shè)置，切制平面圖可直接設(shè)置水平標(biāo)高進(jìn)行。確定后點(diǎn)擊“圖件”中“水平圖”，將實(shí)體隱藏后即可完成。進(jìn)行剖面布局參數(shù)設(shè)置，選擇動態(tài)繪制創(chuàng)建，確定后按剖面線從下至上進(jìn)行，點(diǎn)擊“剖面圖”，將實(shí)體隱藏后即可完成。添加圖框結(jié)束后，將DIMINE軟件切制的平剖面圖紙輸出至CAD圖形。選擇切制好的平剖面，右鍵“保存為CAD文件”即可完成圖形輸出。

4 結(jié)語

使用CMS掃描技術(shù)是測繪學(xué)科的新方法，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著CMS掃描技術(shù)的出現(xiàn)及不斷發(fā)展與推廣，給測繪領(lǐng)域的數(shù)據(jù)獲取帶來了新的工作方法。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：蔣建華）