移動式手持三維掃描儀在井下測量中的應用分析

羅大偉，張志龍

（云南錫業(yè)集團大屯錫礦，云南 個舊 661021）

隨著充填、全面法采場的加速推進，充填近路、采空區(qū)測量資料的收集工作不斷增加，充填體積量的測量、計算、三維成圖等工作，給現(xiàn)有測量人員帶來了巨大的挑戰(zhàn)，如何提高工作效率，快速、準確完成井巷工程測繪工作及充填體積準確測量成為目前急需解決的問題。

1 傳統(tǒng)測量方法

傳統(tǒng)測量進路、空區(qū)采用全站儀碎步測量法及支距法測繪，采集時設(shè)站次數(shù)多，需要人員多，采集效率低，且數(shù)據(jù)為單點數(shù)據(jù)，無法全面反映空間信息。

2 移動式手持三維掃描儀測量

2.1 儀器

采用英國GEOSLAM手持便攜式ZEB-REVO三維激光掃描儀，該儀器具有SLAM系統(tǒng)，支持移動式實時快速測量，獲取高精度、高質(zhì)量的三維點云數(shù)據(jù)，主要由激光掃描頭、主機，電池三部分組成。掃描頭重量1kg，測量距離30m，掃描范圍270°×360°。

2.2 工作原理

通過激光測距原理獲取儀器中心到掃描物體的距離、同時測量掃描物體返回的橫向掃描角度值φ和縱向掃描角度值ω，通過SLAM算法完成空間數(shù)據(jù)的相對關(guān)系匹配。

2.3 實施步驟

①規(guī)劃好數(shù)據(jù)采集路線，完成初始化開始獲取點云；②使用數(shù)據(jù)下載功能下載點云數(shù)據(jù)；③借助GeoSLAM軟件做數(shù)據(jù)預處理；④利用Reconstructor軟件做數(shù)據(jù)拼接、降噪和坐標轉(zhuǎn)換導出數(shù)據(jù)；⑤利用3DReshaper軟件生成模型和封裝模型導出DXF格式文件。

2.4 實施成果

同時對多條進路進行路徑規(guī)劃，對采場外的三個測量控制點（用于坐標轉(zhuǎn)換）掃描后，以人正常行走的速度在進路中掃描，即可完成數(shù)據(jù)的采集，如下圖1、圖2：

圖1 路線圖

圖2 點云數(shù)據(jù)

獲取數(shù)據(jù)后，通過軟件對點云的抽希、降噪、封裝后即可完成模型生成。即可在三維軟件中完成充填體積、空區(qū)體積的計算。如圖3、圖4：

圖3 充填進路掃描模型圖

圖4 采空區(qū)掃描模型圖

3 精度評定

對整個掃描區(qū)域的空間位置進行了評定，在掃描時通過立棱鏡桿獲取全站儀控制點位置，兩組數(shù)據(jù)比較，得出最大點位相差為±0.08m，滿足生產(chǎn)要求。

4 移動式手持掃描儀的優(yōu)勢

（1）提高工作效率，節(jié)省人員投入，傳統(tǒng)測量，每一條采礦進路設(shè)站、測迎頭控制采用支距法或全站儀碎步測量法，測量1條采礦進路3個人用時30分鐘，手持掃描儀開機后1人以正常的速度行走采集數(shù)據(jù)，用時僅5分鐘。

（2）全站儀測量為單點數(shù)據(jù)，有限的點生成模型精度差、體積不準確，而掃描儀海量的點云數(shù)據(jù)生成模型精度高、體積更精確。

5 結(jié)論

移動式手持三維激光掃描儀能夠快速獲得空間的點云數(shù)據(jù)，叫設(shè)站式的掃描儀更加方便、靈活，獲取的空間數(shù)據(jù)更加準確，適用于特征點明顯的井下巷道、空區(qū)測量工作，能夠大大的提高測繪工作效率，節(jié)省人員。但對于特征點不明顯的直伸形巷道掃描精度偏差大，精度無法滿足要求。