【關(guān)鍵詞】金屬礦山；陀螺全站儀；地面三維激光掃描；測繪新技術(shù) 

　　 

　　礦山測量服務(wù)于礦山勘探、設(shè)計、開發(fā)和生產(chǎn)運營的各個階段，必須將先進的現(xiàn)代技術(shù)同礦山測量的實際工作、具體特點相結(jié)合，拓寬礦山測量的生存空間和業(yè)務(wù)范圍，促進礦山測量的改進和發(fā)展，適應(yīng)礦山體制改革的需要。目前陀螺全站儀、地面三維激光掃描儀等新技術(shù)、新儀器已經(jīng)在地下開采礦山測量中得到了廣泛的應(yīng)用，探討其工作原理、作業(yè)流程有利于優(yōu)化作業(yè)程序，提高工作效率。以某金屬礦山為例，分析了陀螺全站儀定向的精度及地面三維激光掃描儀的作業(yè)流程及應(yīng)用范圍。 

 

 

　　1.1 陀螺全站儀工作原理 

 

　　陀螺全站儀是將陀螺儀和全站儀結(jié)合在一起的儀器，采用陀螺尋北本體與全站儀共同配合來測定任意測線的陀螺方位角。陀螺儀相對于慣性空間有定軸性的特性，而地球相對于慣性空間有自轉(zhuǎn)效應(yīng)，因此在地球表面某

一緯度φ處的陀螺儀就可以測量出相對于慣性空間的自轉(zhuǎn)角速度ω，然后將地球的自轉(zhuǎn)角速度分解為水平分量和垂直分量，其中水平分量ωn=ωcosϕ沿地球經(jīng)線指向真北；可見，通過慣性技術(shù)測量敏感地球自轉(zhuǎn)角速度的水

平分量便可以獲得地球的北向信息，這就是尋北儀工作的基本原理。 

 

　　1.2 陀螺全站儀測量方法及限差 

 

　　1.2.1 陀螺全站儀測量方法 

 

　　陀螺全站儀定向采用中天法進行觀測，定向程序為： 

 

　�。�1）先在地面任意點上測定儀器當(dāng)?shù)氐谋壤�常�?shù)C值。觀測6個測回，計算出3個C值，取平均值作為當(dāng)?shù)乇緝x器C值，在一定時期內(nèi)，50km范圍內(nèi)可以使用同一C值； 

 

　�。�2）在地面已知邊上觀測3個測回，計算儀器常數(shù)△； 

 

　　（3）在井下待定邊上用2測回測量陀螺方位角； 

 

　　（4）返回地面后，在原已知邊上采用3測回測量陀螺方位角，再求得三個儀器常數(shù)△。 

 

　　根據(jù)以上測量成果來檢驗儀器的穩(wěn)定性和測量的精度，確保陀螺定向成果的可靠性和精度。 

 

　　1.2.2 陀螺全站儀觀測限差要求 

 

　　為了保證觀測精度，測量時需要嚴(yán)格執(zhí)行以下各項限差： 

 

　�。�1）陀螺全站儀的C值測量互差不大于0.06； 

 

　　（2）儀器的懸掛帶零位不能超過±0.5格，測量前后零位值的互差不得超過0.2格；井上下零位差超過0.3格時，應(yīng)加入零位改正； 

 

　�。�3）相鄰擺動時間的互差不得大于0.4秒，間隔擺動時間的互差不得大于0.6秒；實踐總結(jié)可以保證相鄰擺動時間的互差不大于0.3秒，間隔擺動時間的互差不大于0.4秒； 

 

　�。�4）兩個鏡位觀測測線測前方向值、測后方向值。測前測后方向值的互差不得超過10"； 

 

　　（5）測回間方向值互差不大于40"。 

 

　　1.3觀測精度 

 

　　根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù)，計算儀器常數(shù)一次測定中誤差、儀器常數(shù)平均值中誤差、井下陀螺方位角一次測定中誤差、井下測定陀螺方位角平均值中誤差，根據(jù)儀器常數(shù)平均值中誤差 、井下測定陀螺方位角平均值中誤差

，得到螺定向邊最終定向中誤差為： 

 

　　可以看出，在本次礦山測量方位定向中，陀螺全站儀穩(wěn)定可靠，精度較高，可節(jié)省大量的勞力和時間，提高了測量的精度和工作效率。 

 

 

　　2.1 地面三維激光掃描工作原理 

 

　　地面三維激光掃描系統(tǒng)由三維激光掃描儀、數(shù)碼相機、掃描儀旋轉(zhuǎn)平臺、軟件控制平臺，數(shù)據(jù)處理平臺及電源和其它附件設(shè)備共同構(gòu)成，是一種集成了多種高新技術(shù)的新型空間信息數(shù)據(jù)獲取手段。地面三維激光掃描技

術(shù)的工作原理，即由三維激光掃描儀內(nèi)部的一個發(fā)射體發(fā)射激光脈沖，再通過兩塊反光鏡有序快速旋轉(zhuǎn)，把由發(fā)射體發(fā)射的窄束激光脈沖按一定次序掃過目標(biāo)區(qū)域。通過測量每束激光從發(fā)射到物體表面反射回儀器的時間計

算相關(guān)距離，并且編碼器還會測量脈沖的相關(guān)角度，最終得到目標(biāo)的真實三維坐標(biāo)。軟件處理后，便會輸出實體建模。運用地面三維激光掃描技術(shù)，從事各類復(fù)雜、大型、不規(guī)則、非標(biāo)準(zhǔn)的實景或?qū)嶓w三維數(shù)據(jù)的采集，快

速重構(gòu)目標(biāo)的三維模型。 

 

　　2.2 地面三維激光掃描工作流程 

 

　�。�1）實地踏勘實際情況，制定合理的施測方案。合理布設(shè)掃描測站，劃分地面三維激光掃描作業(yè)面，保證整體埽，掃描無缺失，避免數(shù)據(jù)過度冗余，提高掃描效率。 

 

　　（2）按照制定的施測方案計劃進行數(shù)據(jù)采集工作。根據(jù)精度要求設(shè)置掃描分辨率，對于規(guī)則區(qū)域，采用較低的分辨率，不規(guī)則區(qū)域采用高分辨率掃描。掃描完成后在現(xiàn)場初步分析數(shù)據(jù)質(zhì)量是否符合設(shè)計要求，保證地

面三維激光掃描采集的數(shù)據(jù)既不缺失，又不過度冗余。地面三維激光掃描的過程中避免人員走動，以減少異常點的出現(xiàn)。 

 

　�。�3）對采集好的點云數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括：點云的拼接、去噪以及統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)等工作；并進行數(shù)據(jù)處理，得到觀測數(shù)據(jù)及三維模型等成果。 

 

　　2.3 地面三維激光掃描在礦山測量中的應(yīng)用方向 

 

　　（1）礦區(qū)地形圖測繪：地面三維激光掃描儀可以實現(xiàn)遠距離非接觸性測量，對于人員難以企及和十分危險的地段進行測量具有明顯優(yōu)勢,可以根據(jù)測量得到的點云數(shù)據(jù)，繪制大比例尺地形圖，可以滿足1:500比例尺地

形圖的精度要求。 

 

　　（2）三維模型構(gòu)建：根據(jù)地面三維激光掃描得到的點云數(shù)據(jù)，可以提取特征點，利用專業(yè)軟件構(gòu)建三維立體模型，使得地形地物的表達更加直觀形象。 

 

　　（3）巷道變形監(jiān)測：可以根據(jù)不同時期的地面三維激光掃描獲得的點云數(shù)據(jù)進行處理，并通過數(shù)據(jù)分析，進行巷道的變形監(jiān)測。 

 

 

　　在金屬礦山巷道定向測量中，使用陀螺全站儀僅需測量幾小時，精度可以達到±6.2″，遠遠高于單井定向和兩井定向，投點和井下基本控制導(dǎo)線起始方位角傳遞任務(wù)是單獨完成的，排除了投點誤差對起始邊坐標(biāo)方位角

傳遞的影響，因而，提高了定向的精度；地面三維激光掃描可以具有遠距離無接觸測量的特點，可以用于礦區(qū)地形圖繪制、三維模型構(gòu)建、巷道變形監(jiān)測中，節(jié)省大量人力物力，并得到海量的點云數(shù)據(jù)，提供直觀的三維成

果�？梢钥闯�，陀螺全站儀、地面三維激光掃描儀等新技術(shù)、新方法的出現(xiàn)，極大的促進了礦山測量的發(fā)展。 

 

　　參考文獻 

 

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　　[3]董秀軍.三維激光掃描技術(shù)及其工程應(yīng)用研究[D].成都:成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2007. 

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