CMSV400三維激光掃描儀在礦山中的應用實踐

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場測量激光產品。2015年開始在我礦使用。此型設備適合在一些人員難以進入的空區，露天場使用。經過幾年的生產實踐，積累了一些經驗。

1 CMSV400基本組成

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

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），按順時針的方向逐漸掃描采點，其增量角可以通過手簿調節。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。為了彌補這一缺陷，一般我們作業時，最好能在2觀測點觀測。整個觀測過程大約持續7至8分鐘，最長不超過15分鐘，這主要取決于設定的增量角大小而定。激光器逐漸掃描到后部時，我們不要盯著激光看，避免傷害眼睛。觀測完成的數據，如果沒有經過換算，此時手簿中記錄的數據是以激光頭自身狀態得出的內部數據，難以使用，所以一般我們必須和當地的坐標系進行聯測。

3 與當地坐標的聯測

與當地坐標系的聯測，一般是在激光器觀測開始前或觀測完成后立即進行。觀測方法與一般導線的觀測方法相類似（見圖2）。雖然儀器說明書中列舉了幾種觀測方法，但觀測最好使用全站儀的無棱鏡模式進行觀測。步驟是：首先架設好儀器，照準后視點，完成初始化。然后測量觀測桿上的前點目標和后點目標，將坐標值記錄在圖3表格中。現場記錄時一定注意不要忘記記錄“前點”（fronttarget）和“后點”（backtarget）在觀測桿標尺上的距離值，否則由于觀測數據缺失，整個工作就作廢了。經過坐標聯測后生成的坐標點，可以達到精度要求。我們在地表，用激光器和全站儀對相同地物（如房角等）做過對比測量實驗，結果較好。

圖2 與當地坐標系聯測示意圖

圖3 前、后點坐標記錄表

4 內業處理

內業計算體積前，最主要一步是對激光點云的處理。一般一個采場觀測下來，會有幾萬個至十幾萬個激光點。觀測時，由于空中礦塵、濕氣影響，難免會有無效的噪點。噪點可以用geomagic軟件或其它類似的軟件處理。儀器自帶有空區體積計算軟件Qvol。其基本思路就是將空場橫截數個切面，將體積化整為零，然后求和。經過試用，不是非常直觀，不好用。我們推薦使用國產軟件3DMINE來計算體積。其操作的基本步驟是導入點云數據，選擇“實體”-＞“實體工具”-＞“點云生成實體模型”，然后使用三角網體積，求得空區體積。使用3dmine來求體積的另一個好處是三維空間模型可以很直觀的呈現出來，方便其它相關專業人員使用。

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

5 觀測中的注意事項

三維激光掃描儀在礦山使用時，雖然觀測時間較短，但有許多細節需要我們在工作現場加以注意。首先是從儀器箱中拿取激光儀器頭時，一定不能硬扳轉動儀器頭，否則會使儀器的計數電機計數發生紊亂，從而影響觀測成果，這也是儀器說明書中強調的一點。其次井下作業時，一般現場環境較差，儀器頭與觀測桿的連接一定要檢查是否牢固，確定牢固后才可使用。再則就是注意對連接線端口的保護。井下一般多灰塵，連接線端口若不注意保護，會沾上灰塵，甚至無法連接。所以一般使用完后，要將端口的蓋子及時蓋上。最后一點，就是觀測完畢，儀器裝箱前，要注意清點儀器中的小物件。如觀測站標，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，工作非常穩定，唯一的缺點是體積比較龐大，測量桿等都比較重，加上現場需要同步進行全站儀觀測測量，所以一般需要5人以上才能較好地完成工作。