三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)在礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工進(jìn)度監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

胡 靜

（甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局蘭州礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730046）

礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工進(jìn)度監(jiān)測(cè)是礦山測(cè)繪項(xiàng)目中一項(xiàng)重要工作內(nèi)容，監(jiān)測(cè)結(jié)果是否準(zhǔn)確將會(huì)對(duì)礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工效率具有重要影響，在傳統(tǒng)的施工進(jìn)度監(jiān)測(cè)中由于施工進(jìn)度數(shù)據(jù)采集質(zhì)量較差，存在一定的誤差，導(dǎo)致礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工進(jìn)度監(jiān)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況存在較大的殘差，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工進(jìn)度監(jiān)測(cè)需求，為此提出三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)在礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工進(jìn)度監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)又叫高清晰測(cè)量技術(shù),該技術(shù)是基于激光測(cè)距原理，利用激光得到目標(biāo)物體表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，其屬于一種數(shù)據(jù)采集技術(shù)[1]。近年來(lái)，三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)得到了的發(fā)展，三維激光掃描測(cè)繪儀的研發(fā)也越來(lái)越智能化、數(shù)字化和信息化，由于該技術(shù)具有測(cè)量精度高、測(cè)量效率快、操作簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)工作領(lǐng)域中[2]。按照不同的作業(yè)要求，三維激光掃描測(cè)繪分為機(jī)載型激光掃描測(cè)繪、地面型三維激光掃描測(cè)繪、手持型三維激光掃描測(cè)繪三種，此次將三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用到礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工進(jìn)度監(jiān)測(cè)中，形成一種新的監(jiān)測(cè)方法，減少礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工進(jìn)度監(jiān)測(cè)殘差，具有良好的現(xiàn)實(shí)意義。

1 基于三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)的礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工進(jìn)度監(jiān)測(cè)方法

1.1 礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工進(jìn)度數(shù)據(jù)獲取

數(shù)據(jù)獲取是礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工進(jìn)度監(jiān)測(cè)中的首要任務(wù)，為了保證獲取數(shù)據(jù)的質(zhì)量，此次運(yùn)用三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)對(duì)礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工進(jìn)度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)對(duì)施工進(jìn)度數(shù)據(jù)的獲取主要是依靠掃描測(cè)繪儀實(shí)現(xiàn)，該儀器利用激光發(fā)射器發(fā)射激光信號(hào)，然后激光信號(hào)接觸到施工組織時(shí)會(huì)反射回來(lái)，最后利用接收器對(duì)反射回來(lái)的信號(hào)進(jìn)行接收，對(duì)其進(jìn)行處理之后輸出，下圖為三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)采集數(shù)據(jù)流程圖。

在運(yùn)用掃描測(cè)繪儀對(duì)施工組織掃描之前，需要對(duì)掃描現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地勘探，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)施工組織進(jìn)行標(biāo)記，并對(duì)其幾何位置進(jìn)行記錄，根據(jù)勘探的數(shù)據(jù)對(duì)掃描測(cè)繪儀的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其中包括掃描距離、光束散發(fā)率、距離精度、激光波長(zhǎng)、集成數(shù)碼相機(jī)像素、數(shù)據(jù)采樣率、激光等級(jí)等。調(diào)整好儀器參數(shù)之后按照儀器使用說(shuō)明書(shū)就可以對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行掃描，掃描過(guò)程中需要注意數(shù)據(jù)的重疊度，同時(shí)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(shù)據(jù)保存在計(jì)算機(jī)中，為后續(xù)施工進(jìn)度分析提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1.2 礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工數(shù)據(jù)去噪及三維坐標(biāo)計(jì)算

在數(shù)據(jù)獲取過(guò)程中，激光信號(hào)會(huì)受到多種因素影響，導(dǎo)致采集到的數(shù)據(jù)中會(huì)存在噪聲，所以首先需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理。對(duì)于一些噪聲極大的數(shù)據(jù)可以之際進(jìn)行刪除，對(duì)于一些噪聲比較小的數(shù)據(jù)采用有序點(diǎn)云去燥方法進(jìn)行去燥。數(shù)據(jù)去燥處理完成之后對(duì)施工組織的三維坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，掃描測(cè)繪儀接收到的采樣點(diǎn)激光信號(hào)都是局部坐標(biāo)，掃描儀的內(nèi)部為坐標(biāo)原點(diǎn)，X軸為激光掃描儀局部坐標(biāo)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(cè)繪項(xiàng)目施工監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算

假設(shè)點(diǎn)P為掃描測(cè)繪儀掃描到的施工組織，利用采集到的數(shù)據(jù)對(duì)該點(diǎn)三維坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，如下所示：

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

1.3 礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工進(jìn)度分析

利用公式（1）計(jì)算出所有目前礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工組織的三維坐標(biāo)，然后將其導(dǎo)入到礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工模型中，即可清除的看到已經(jīng)完成的施工量，然后對(duì)剩余施工量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

公式（2）中，Dt為礦山測(cè)繪項(xiàng)目剩余的施工量；t為剩余施工量所需的施工時(shí)間；T為礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工總量；O為礦山測(cè)繪項(xiàng)目已經(jīng)完成的施工量。利用上述公式計(jì)算出剩余施工量以及施工時(shí)間，以此完成對(duì)礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工進(jìn)度監(jiān)測(cè)。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)以某礦山測(cè)繪項(xiàng)目為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，該測(cè)繪項(xiàng)目施工面積為9684m2，屬于大型礦山測(cè)繪項(xiàng)目，施工方案中計(jì)算該項(xiàng)目施工時(shí)間為24天，現(xiàn)運(yùn)用此次設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)方法對(duì)該項(xiàng)目施工進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。實(shí)驗(yàn)中根據(jù)該項(xiàng)目實(shí)際情況，選擇了加拿大UGK公司生產(chǎn)的GJGF-OIHG型號(hào)的三維激光掃描測(cè)繪儀對(duì)項(xiàng)目施工進(jìn)度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，下表為三維激光掃描測(cè)繪儀參數(shù)表。

表1 三維激光掃描測(cè)繪儀參數(shù)表

實(shí)驗(yàn)分別運(yùn)用兩種方法在施工4天、8天、12天、16天、20天、24天時(shí)對(duì)其施工進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)兩種方法的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行記錄，然后將其與實(shí)際施工進(jìn)度進(jìn)行比較，計(jì)算出兩種方法監(jiān)測(cè)結(jié)果的殘差。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)以?xún)煞N方法的監(jiān)測(cè)殘差作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)此次設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)方法進(jìn)行對(duì)比，下表為兩種方法殘差對(duì)比。

表2 兩種方法殘差對(duì)比

從上表可以看出，該項(xiàng)目并沒(méi)有按照預(yù)期工期完成，產(chǎn)生了延期，此次設(shè)計(jì)方法監(jiān)測(cè)結(jié)果基本與實(shí)際情況相符，殘差低于傳統(tǒng)方法，證明此次設(shè)計(jì)方法可以滿(mǎn)足礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工進(jìn)度監(jiān)測(cè)精度需求。

3 結(jié)束語(yǔ)

此次對(duì)三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)在礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工進(jìn)度監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，對(duì)三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用廣泛推廣具有重要作用，綜合利用當(dāng)代的先進(jìn)技術(shù)，對(duì)提高礦山測(cè)繪項(xiàng)目施工進(jìn)度監(jiān)測(cè)質(zhì)量也具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，此外還具有學(xué)科交叉滲透的深淵影響。