武鴿

摘 要：傳統(tǒng)的采空區(qū)地表沉降測量工作時間長，占用大量的人力、物力，基于此筆者對激光測量在采空區(qū)地表沉降中的應(yīng)用進行了分析，文章首先對分析了激光測量的基本原理，其次對數(shù)據(jù)的獲取進行了設(shè)計，進而給出了數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的流程，最后給出了開采沉陷DEM，激光測量結(jié)果與傳統(tǒng)的測量結(jié)果高度吻合，為采空區(qū)地表沉降的觀測提供方了一種新的可以借鑒的方法。

關(guān)鍵詞：激光測量;地表沉降;觀測分析

在對礦井開采后的塌陷區(qū)進行測量時，傳統(tǒng)的測量方法是在煤礦采空區(qū)上布設(shè)一定數(shù)量的監(jiān)測點，對監(jiān)測點的數(shù)據(jù)進行定時或者不定時的觀測、分析，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)來動態(tài)的反映出塌陷區(qū)的變化特征，并對還未塌陷的區(qū)域的地層移動變化情況進行預(yù)測預(yù)報[1～2]。傳統(tǒng)的地表沉降預(yù)測具有技術(shù)成熟，應(yīng)用發(fā)廣泛等特點，但是也存在工作量大，監(jiān)測點數(shù)量布置有效，數(shù)據(jù)監(jiān)測點容易遭到破壞，投入大等缺點。近些年來隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，測量技術(shù)設(shè)備也日趨先進，出現(xiàn)了如：測量機器人、差分干涉測量（DinSAR）、GPS-RTK測量技術(shù)等[3～6]。激光測量技術(shù)是近些年來在測量領(lǐng)域中發(fā)展較為迅速的先進技術(shù)，具有數(shù)據(jù)獲取快、非接觸、高精度直接獲取測量對象表面三維數(shù)據(jù)等顯著優(yōu)勢，基于此，筆者對該技術(shù)在礦井開采后地表觀測中的應(yīng)用進行分析，以期更好的促進該技術(shù)的應(yīng)用。

1 工作基本原理

激光掃描測量技術(shù)中最為明顯的優(yōu)勢是面陳密集點云，其能夠精細的構(gòu)建出來的地表模型，且可以精準的確定空間關(guān)系，激光測量技術(shù)可以快速取得測量對象的變形數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的后期處理，可以得到測量對象精細的三維模型，這些構(gòu)成了變形監(jiān)測工作的基礎(chǔ)，通過對監(jiān)測的變形對象進行二次、三次甚至更多次數(shù)的監(jiān)測，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析，可以較為快捷迅速的確定監(jiān)測對象具體位置的變化情況。

2 監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取

監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取分為2個階段進行，第一個階段數(shù)據(jù)采集采用的設(shè)備是Leica HD4400，第二階段數(shù)據(jù)采集采用的設(shè)備是FARO Focus3D，兩個階段數(shù)據(jù)采集均是在設(shè)定控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上進行，然后運用激光測量技術(shù)進行測量。

第一階段數(shù)據(jù)測量?？刂凭W(wǎng)的測量布置為先從A5點算起，依次觀測A4、A9、A8、A7、A6、A9。在測量控制點中A4、A8、A9為已安設(shè)的測量點，A6、A7是后期測量增加點位，A4、A9、A8、A7、A6、A9構(gòu)成閉合導(dǎo)線。激光測量數(shù)據(jù)的采集工作則是在A1、A2～ A9等測量點位上分別假設(shè)激光測量儀，對測點周邊變形情況進行全方位的掃描，從而取得整個測量區(qū)域內(nèi)的所有掃描點云數(shù)據(jù)。具體如下圖1所示。

第二階段數(shù)據(jù)測量?？刂凭W(wǎng)布設(shè)如第一階段數(shù)據(jù)測量控制點布置一致。激光測量數(shù)據(jù)的采集工作則是在A4、A5、A6三個測量點上布設(shè)激光測量裝置，在三個測量點的鄰近位置布置4個激光測量的反向標靶，在進行激光測量的同時利用全站儀計算出4個激光反向標靶的具體三維位置坐標，全程共進行21個站點數(shù)據(jù)的采集。

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 坐標轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)整合處理

激光測量裝置測得的數(shù)據(jù)坐標值均可以在設(shè)備自帶的軟件中進行統(tǒng)一的大地測量坐標處理，在第一、第二兩個階段的測量工作中，A4、A5站點都是測量工作的起算點，在后期的坐標及測量數(shù)據(jù)整合處理中，需要將2個測量點位的測量數(shù)據(jù)整合到同一個坐標體系中。

3.2 數(shù)據(jù)降噪處理

數(shù)據(jù)降噪主要是過濾掉由于植物級其他障礙物等原因產(chǎn)生的噪聲點，具體分2個步驟進行處理。第一步是將激光測量結(jié)果數(shù)據(jù)依據(jù)測量區(qū)的平面坐標劃分成64個分區(qū)，然后將分區(qū)數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入到Cyclone應(yīng)用程序中，依據(jù)操作人員的經(jīng)驗，運用人工交互方法，對明顯的噪聲點進行過濾，然后再將過濾后的所有分區(qū)數(shù)據(jù)再進行整合到一個整體。第二步是運用中值法來過濾掉低矮植物帶來的噪聲點，將測量區(qū)域劃分成0.1m×0.1m的細小網(wǎng)格，對網(wǎng)格內(nèi)的數(shù)據(jù)進行中值處理，這就過濾掉了由于低矮植物帶來的噪聲值。

3.3 數(shù)據(jù)建模

數(shù)據(jù)建模是依據(jù)克里金插值法對數(shù)據(jù)進行處理的基礎(chǔ)上，以0.2m×0.2m的網(wǎng)格為基礎(chǔ)進行數(shù)據(jù)測重新采集并建立三維模型。

3.4 成果分析

圖2是根據(jù)測量數(shù)據(jù)得出的沉降下沉同心圓圖，與實際的由于煤層開采引起的地表沉降的形態(tài)基本是吻合的，由于測量過程及數(shù)據(jù)處理中有一部數(shù)據(jù)存在缺失，導(dǎo)致圖2測量結(jié)果中部分區(qū)域出現(xiàn)一定的混亂現(xiàn)象，在進行數(shù)據(jù)處理，降噪過程中部分噪聲點未被踢出，圖2中的小矩形框框出來的區(qū)域就是噪聲點引起的斑點。但是總體上看，激光測量得到的結(jié)果與采用傳統(tǒng)測量方法得到的測量結(jié)果是十分一致的。

4 總結(jié)

激光跟蹤測量技術(shù)在煤礦開采地表沉降觀測中能夠較為準確的獲取開采沉陷的數(shù)據(jù)值，開采沉陷DEM可以直觀，清晰、全面的反映出開采深陷狀態(tài)，為采空區(qū)地表沉降的觀測提供方了一種新的可以借鑒的方法，激光測量結(jié)果與傳統(tǒng)的地表沉降測量結(jié)果高度吻合。采用激光測量進行采空區(qū)地表沉降時應(yīng)十分注重數(shù)據(jù)的后處理工作，盡量避免由于數(shù)據(jù)處理給測量結(jié)果帶來的不利影響。

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