激光掃描儀在礦區變形監測中的應用

陳宗成

（1.山東省魯南地質工程勘察院（山東省地勘局第二地質大隊），山東 兗州 272100；2.自然資源部采煤沉陷區綜合治理工程技術創新中心，山東 兗州 272100）

相對于傳統的礦區變形監測來說，激光掃描儀能通過激光進行目標數據的獲取，通過快速精準的生成數據，實現高效率以及低成本的測量[1]。

激光掃描技術現在應用比較廣泛，在礦區變形中激光掃描儀能全方位的采集礦區的變形監測數據，對礦區的物體實行整體的監測，能有效彌補傳統監測過程中的一些片面化的數據，使監測結果更加真實有效[2]。本文所探討的主要觀點是基于現有的研究基礎之上，并通過激光掃描儀在某基坑和隧道的實際監測案例，對一些結論和觀點進行有效驗證，保證研究結果的準確性。

1 激光掃描儀在礦區監測數據采集中的應用

激光掃描儀主要通過激光發射器發射一束脈沖信號，經過物體發射之后再返回到發射器，通過時間差計算目標點與掃描儀間的距離[3]。

在礦區的變形檢測中，激光掃描儀主要通過數據的采集和處理之后，采用Geomagic這個軟件進行數據的宏觀與微觀分析。

就目前的激光掃描儀的研究進度來看，大部分掃描儀的工作原理都是采用時間漂移測距這個方法。在數據的采集方面，激光掃描儀主要采用整體采集與局部采集相結合的方式。

整體采集主要通過布設目標公共點，并且做好軟件的測站拼接，實現對物體的整體掃描。局部的采集主要是架設激光掃描儀對特定的位置進行掃描[4]。

通過一系列的參數和現場的實際情況，對掃描的重疊度和監測點進行精準測量，傳遞三維坐標的同時，獲取目標點的數據。

在數據的采集過程中，必須要做到的就是掃描站點的間距、密度以及一些重疊度的問題，在測量導線和水準之后，會將獲取一個較為準確的三維坐標，然后結合掃描儀的監測掃描，獲取礦區被監測對象的三維點云數據信息和目標的標靶點云數據。

2 激光掃描儀監測數據處理研究

激光掃描儀能隔空采集被測物體的空間信息，通過穿透干擾物體可在比較惡劣的作業環境下也能繼續做好工程作業。

通過采集真實可靠的數據，相比較傳統的監測儀器更加適用。點云數據的精度是點云精度相對定位和絕對定位兩部分組成，準確率比較高。當然也會存在一定誤差，這個主要跟測距和測角有關系。在一定程度上說，激光掃描儀的測量精度是遠遠高于傳統測量精度的。在三維激光掃描儀獲取數據之后，會通過CYCLONE軟件將對點的云數據進行同一化。

在整體采集數據的時候，軟件可將數據拼接在一起實現數據的同一化處理。在局部采集的過程中，能有效避免采集數據帶來的數據誤差。通過CYCLONE軟件能將掃描的數據實現噪點的基本去除，能有效減輕后期對數據分析的工作量。在數據模型的建立過程中，激光掃描儀器需要借助數據掃描與全站儀的配合使用，實現數據坐標的轉化。通過Geomagic軟件能獲取到目標點的云數據，通過不同的數據顏色直觀清晰的呈現在眼前，使得目標區域的具體變形量值得到準確的分析。通過微觀角度能更好的看待特征點與目標坐標值的具體差別，實現礦區監測數據特征點的橫向與豎向的位移監測。

3 激光掃描儀在礦區變形監測中的實例分析

本文以某基坑為例，通過激光掃描儀與全站儀對基坑數據實行數據采集。并且對采集到的基坑監測點的云數據實行整體的數據分析。

相應的流程為設置配準點，建立網格，通過數據的縮減和數據的分割，對曲面進行擬合，實現三維目標模型的重建與應用。在這個過程中加入CYCLONE軟件進行拼接去燥，建立基坑測試點的點云圖。通過Geomagic軟件對所采集到的點云數據進行準確的模型分析，就能得到監測基坑的變量三維圖。以某隧道為例，通過激光掃描儀對隧道數據的采集，能準確獲取到隧道的數據，并且對這個軟件進行去燥和建模處理之后，通過Geomagic軟件對隧道采集到的點云數據分析，通過變形量基本能得到監測隧道的穩定情況以及一些數據變量的區間準確值。

在基坑監測過程中，主要結合一些傳統測量方面的儀器進行一起使用，不僅可提高精確度，減少測量中的誤差。通過Geomagic軟件和CYCLONE軟件能有效的保證三維變形區域的變量大小和區域方面的位置，能將儀器和軟件進行有機的結合，能讓更加全面的認識到基坑的變形方面的數據和信息，減少安全隱患。從工程實例來看，三維激光的掃描儀能在較為復雜的基坑變形的優越性十分明顯。

4 結語

綜上所述，研究激光掃描儀在礦區變形監測中的應用具有非常重要的現實意義。

激光掃描儀在一定程度上改變了傳統監測中的二維數據，可將監測目標變得更加立體客觀，能較為全面和系統的監測到區域的監測點，彌補許多傳統監測儀器在被測物體中存在離散點的局限性。在實際的監測過程中，會發現利用激光掃描儀監測出來的數據與被測物體的實際情況基本保持一致，監測的效果好。從近幾年的監測儀器應用中，可看到激光掃描儀在礦區變形監測中的應用正在得到日益關注，相信其應用前景必將更為廣泛。