CMSV400三維激光掃描儀在礦山中的應(yīng)用實(shí)踐

張虎

（新疆哈密西部黃金哈密金礦 哈密 839000）

CMSV400三維激光掃描儀是加拿大optech公司出品的一款礦山型空?qǐng)鰷y(cè)量激光產(chǎn)品。2015年開始在我礦使用。此型設(shè)備適合在一些人員難以進(jìn)入的空區(qū)，露天場(chǎng)使用。經(jīng)過(guò)幾年的生產(chǎn)實(shí)踐，積累了一些經(jīng)驗(yàn)。

1 CMSV400基本組成

Cmsv400是由激光器、水平觀測(cè)連桿、蓄電池、路由器、記錄手簿、激光器與路由器的信號(hào)連接線組成。其中蓄電池和路由器裝置在一個(gè)箱子中。其水平觀測(cè)桿，帶有線劃刻度尺，分為編號(hào)為A,B,C,D,E五節(jié)，共10米長(zhǎng)。

2 CMSV400工作原理

Cmsv400以激光儀器頭連接桿子為初始方向（見圖1原理圖），按順時(shí)針的方向逐漸掃描采點(diǎn)，其增量角可以通過(guò)手簿調(diào)節(jié)。一般以0.5度至1.5度為宜。以初始方向算，其最大掃描角度是145度，也就是在三維空間上可以掃描270度的角度，激光器后面有約90度的掃描盲區(qū)。為了彌補(bǔ)這一缺陷，一般我們作業(yè)時(shí)，最好能在2觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)。整個(gè)觀測(cè)過(guò)程大約持續(xù)7至8分鐘，最長(zhǎng)不超過(guò)15分鐘，這主要取決于設(shè)定的增量角大小而定。激光器逐漸掃描到后部時(shí)，我們不要盯著激光看，避免傷害眼睛。觀測(cè)完成的數(shù)據(jù)，如果沒有經(jīng)過(guò)換算，此時(shí)手簿中記錄的數(shù)據(jù)是以激光頭自身狀態(tài)得出的內(nèi)部數(shù)據(jù)，難以使用，所以一般我們必須和當(dāng)?shù)氐淖鴺?biāo)系進(jìn)行聯(lián)測(cè)。

3 與當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)的聯(lián)測(cè)

與當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系的聯(lián)測(cè)，一般是在激光器觀測(cè)開始前或觀測(cè)完成后立即進(jìn)行。觀測(cè)方法與一般導(dǎo)線的觀測(cè)方法相類似（見圖2）。雖然儀器說(shuō)明書中列舉了幾種觀測(cè)方法，但觀測(cè)最好使用全站儀的無(wú)棱鏡模式進(jìn)行觀測(cè)。步驟是：首先架設(shè)好儀器，照準(zhǔn)后視點(diǎn)，完成初始化。然后測(cè)量觀測(cè)桿上的前點(diǎn)目標(biāo)和后點(diǎn)目標(biāo)，將坐標(biāo)值記錄在圖3表格中。現(xiàn)場(chǎng)記錄時(shí)一定注意不要忘記記錄“前點(diǎn)”（fronttarget）和“后點(diǎn)”（backtarget）在觀測(cè)桿標(biāo)尺上的距離值，否則由于觀測(cè)數(shù)據(jù)缺失，整個(gè)工作就作廢了。經(jīng)過(guò)坐標(biāo)聯(lián)測(cè)后生成的坐標(biāo)點(diǎn)，可以達(dá)到精度要求。我們?cè)诘乇?，用激光器和全站儀對(duì)相同地物（如房角等）做過(guò)對(duì)比測(cè)量實(shí)驗(yàn)，結(jié)果較好。

圖2 與當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系聯(lián)測(cè)示意圖

圖3 前、后點(diǎn)坐標(biāo)記錄表

4 內(nèi)業(yè)處理

內(nèi)業(yè)計(jì)算體積前，最主要一步是對(duì)激光點(diǎn)云的處理。一般一個(gè)采場(chǎng)觀測(cè)下來(lái)，會(huì)有幾萬(wàn)個(gè)至十幾萬(wàn)個(gè)激光點(diǎn)。觀測(cè)時(shí)，由于空中礦塵、濕氣影響，難免會(huì)有無(wú)效的噪點(diǎn)。噪點(diǎn)可以用geomagic軟件或其它類似的軟件處理。儀器自帶有空區(qū)體積計(jì)算軟件Qvol。其基本思路就是將空?qǐng)鰴M截?cái)?shù)個(gè)切面，將體積化整為零，然后求和。經(jīng)過(guò)試用，不是非常直觀，不好用。我們推薦使用國(guó)產(chǎn)軟件3DMINE來(lái)計(jì)算體積。其操作的基本步驟是導(dǎo)入點(diǎn)云數(shù)據(jù)，選擇“實(shí)體”-＞“實(shí)體工具”-＞“點(diǎn)云生成實(shí)體模型”，然后使用三角網(wǎng)體積，求得空區(qū)體積。使用3dmine來(lái)求體積的另一個(gè)好處是三維空間模型可以很直觀的呈現(xiàn)出來(lái)，方便其它相關(guān)專業(yè)人員使用。

除了體積計(jì)算外，還有一類就是生成露天坑形狀的表面模型計(jì)算。在3dmine中操作步驟是：導(dǎo)入點(diǎn)-＞“表面”-＞“生成表面DTM”。

5 觀測(cè)中的注意事項(xiàng)

三維激光掃描儀在礦山使用時(shí)，雖然觀測(cè)時(shí)間較短，但有許多細(xì)節(jié)需要我們?cè)诠ぷ鳜F(xiàn)場(chǎng)加以注意。首先是從儀器箱中拿取激光儀器頭時(shí)，一定不能硬扳轉(zhuǎn)動(dòng)儀器頭，否則會(huì)使儀器的計(jì)數(shù)電機(jī)計(jì)數(shù)發(fā)生紊亂，從而影響觀測(cè)成果，這也是儀器說(shuō)明書中強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)。其次井下作業(yè)時(shí)，一般現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較差，儀器頭與觀測(cè)桿的連接一定要檢查是否牢固，確定牢固后才可使用。再則就是注意對(duì)連接線端口的保護(hù)。井下一般多灰塵，連接線端口若不注意保護(hù)，會(huì)沾上灰塵，甚至無(wú)法連接。所以一般使用完后，要將端口的蓋子及時(shí)蓋上。最后一點(diǎn)，就是觀測(cè)完畢，儀器裝箱前，要注意清點(diǎn)儀器中的小物件。如觀測(cè)站標(biāo)，手簿充電器、電腦連接線等，避免丟失。

我們使用的這款三維激光器，激光功率比較大，工作非常穩(wěn)定，唯一的缺點(diǎn)是體積比較龐大，測(cè)量桿等都比較重，加上現(xiàn)場(chǎng)需要同步進(jìn)行全站儀觀測(cè)測(cè)量，所以一般需要5人以上才能較好地完成工作。