三維激光掃描測繪技術在礦山測繪項目施工進度監測中的應用

胡 靜

（甘肅省有色金屬地質勘查局蘭州礦產勘查院，甘肅 蘭州 730046）

礦山測繪項目施工進度監測是礦山測繪項目中一項重要工作內容，監測結果是否準確將會對礦山測繪項目施工效率具有重要影響，在傳統的施工進度監測中由于施工進度數據采集質量較差，存在一定的誤差，導致礦山測繪項目施工進度監測結果與實際情況存在較大的殘差，傳統監測方法已經無法滿足礦山測繪項目施工進度監測需求，為此提出三維激光掃描測繪技術在礦山測繪項目施工進度監測中的應用。三維激光掃描測繪技術又叫高清晰測量技術,該技術是基于激光測距原理，利用激光得到目標物體表面點的三維坐標數據，其屬于一種數據采集技術[1]。近年來，三維激光掃描測繪技術得到了的發展，三維激光掃描測繪儀的研發也越來越智能化、數字化和信息化，由于該技術具有測量精度高、測量效率快、操作簡單、易實現等優點，已經被廣泛應用到各個工作領域中[2]。按照不同的作業要求，三維激光掃描測繪分為機載型激光掃描測繪、地面型三維激光掃描測繪、手持型三維激光掃描測繪三種，此次將三維激光掃描測繪技術應用到礦山測繪項目施工進度監測中，形成一種新的監測方法，減少礦山測繪項目施工進度監測殘差，具有良好的現實意義。

1 基于三維激光掃描測繪技術的礦山測繪項目施工進度監測方法

1.1 礦山測繪項目施工進度數據獲取

數據獲取是礦山測繪項目施工進度監測中的首要任務，為了保證獲取數據的質量，此次運用三維激光掃描測繪技術對礦山測繪項目施工進度數據進行采集。三維激光掃描測繪技術對施工進度數據的獲取主要是依靠掃描測繪儀實現，該儀器利用激光發射器發射激光信號，然后激光信號接觸到施工組織時會反射回來，最后利用接收器對反射回來的信號進行接收，對其進行處理之后輸出，下圖為三維激光掃描測繪技術采集數據流程圖。

在運用掃描測繪儀對施工組織掃描之前，需要對掃描現場進行實地勘探，對施工現場的各個施工組織進行標記，并對其幾何位置進行記錄，根據勘探的數據對掃描測繪儀的參數進行設置，其中包括掃描距離、光束散發率、距離精度、激光波長、集成數碼相機像素、數據采樣率、激光等級等。調整好儀器參數之后按照儀器使用說明書就可以對施工現場進行掃描，掃描過程中需要注意數據的重疊度，同時儀器工作溫度要控制好，盡量將儀器放在陰涼處。最后將掃描得到的數據保存在計算機中，為后續施工進度分析提供數據依據。

1.2 礦山測繪項目施工數據去噪及三維坐標計算

在數據獲取過程中，激光信號會受到多種因素影響，導致采集到的數據中會存在噪聲，所以首先需要對數據進行降噪處理。對于一些噪聲極大的數據可以之際進行刪除，對于一些噪聲比較小的數據采用有序點云去燥方法進行去燥。數據去燥處理完成之后對施工組織的三維坐標進行計算，掃描測繪儀接收到的采樣點激光信號都是局部坐標，掃描儀的內部為坐標原點，X軸為激光掃描儀局部坐標系的水平方向，Y軸為掃描儀的掃描方向，Z軸為掃描儀的垂直方向，具體如下圖所示。

圖2 礦山測繪項目施工監測點坐標計算

假設點P為掃描測繪儀掃描到的施工組織，利用采集到的數據對該點三維坐標進行計算，如下所示：

公式（1）中，Xp、Yp、Zp為施工組織的三維坐標；S為礦山測繪項目施工組織到掃描測繪儀坐標原點的距離；α為激光射線與激光掃描儀水平方向的夾角；β為激光反射線以激光掃描儀水平方向的夾角。

1.3 礦山測繪項目施工進度分析

利用公式（1）計算出所有目前礦山測繪項目施工組織的三維坐標，然后將其導入到礦山測繪項目施工模型中，即可清除的看到已經完成的施工量，然后對剩余施工量進行計算，計算公式如下：

公式（2）中，Dt為礦山測繪項目剩余的施工量；t為剩余施工量所需的施工時間；T為礦山測繪項目施工總量；O為礦山測繪項目已經完成的施工量。利用上述公式計算出剩余施工量以及施工時間，以此完成對礦山測繪項目施工進度監測。

2 實驗

2.1 實驗設計

實驗以某礦山測繪項目為實驗對象，該測繪項目施工面積為9684m2，屬于大型礦山測繪項目，施工方案中計算該項目施工時間為24天，現運用此次設計方法與傳統方法對該項目施工進度進行監測。實驗中根據該項目實際情況，選擇了加拿大UGK公司生產的GJGF-OIHG型號的三維激光掃描測繪儀對項目施工進度數據進行采集，下表為三維激光掃描測繪儀參數表。

表1 三維激光掃描測繪儀參數表

實驗分別運用兩種方法在施工4天、8天、12天、16天、20天、24天時對其施工進度進行監測，并對兩種方法的監測結果進行記錄，然后將其與實際施工進度進行比較，計算出兩種方法監測結果的殘差。

2.2 實驗結果分析

實驗以兩種方法的監測殘差作為實驗結果，對此次設計方法與傳統方法進行對比，下表為兩種方法殘差對比。

表2 兩種方法殘差對比

從上表可以看出，該項目并沒有按照預期工期完成，產生了延期，此次設計方法監測結果基本與實際情況相符，殘差低于傳統方法，證明此次設計方法可以滿足礦山測繪項目施工進度監測精度需求。

3 結束語

此次對三維激光掃描測繪技術在礦山測繪項目施工進度監測中的應用進行了研究，對三維激光掃描測繪技術的應用廣泛推廣具有重要作用，綜合利用當代的先進技術，對提高礦山測繪項目施工進度監測質量也具有一定的現實意義，此外還具有學科交叉滲透的深淵影響。