李 慶

（云南錫業(yè)股份有限公司大屯錫礦，云南 個(gè)舊 661000）

建立礦區(qū)內(nèi)各項(xiàng)工程的數(shù)據(jù)庫(kù)及三維模型是建設(shè)數(shù)字化礦山的基礎(chǔ)，而井下巷道三維建模是礦床三維建模的重要組成內(nèi)容，也是實(shí)現(xiàn)井下巷道可視化表達(dá)的重要方式。近年來，隨著采礦方法的變革及高效設(shè)備的運(yùn)用，充填采礦法已成為三坑主要生產(chǎn)方式。但傳統(tǒng)的測(cè)量方式存在效率低、誤差較大、不能準(zhǔn)確反映進(jìn)路空間形態(tài)等問題日益凸顯，如何快速、直觀、準(zhǔn)確地反映井下各類工程的形態(tài)及其空間關(guān)系是礦山測(cè)量工作的重要課題。面對(duì)這一難題，大屯錫礦通過探索和對(duì)比，引進(jìn)SLAM（慣導(dǎo)）系統(tǒng)便攜式掃描系統(tǒng)，對(duì)井下各類工程進(jìn)行掃描（數(shù)據(jù)采集）。三維掃描儀的用途是收集物體幾何表面的點(diǎn)云（point cloud），通過軟件將搜集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建計(jì)算，以創(chuàng)建實(shí)際物體的數(shù)字模型，越密集的點(diǎn)云可以創(chuàng)建更精確的模型，這個(gè)過程稱做三維重建。該項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)、瑕疵檢測(cè)、逆向工程、地貌測(cè)量、醫(yī)學(xué)信息、刑事鑒定、電影制片、游戲創(chuàng)作素材等。

1 現(xiàn)場(chǎng)操作方法

現(xiàn)場(chǎng)收集數(shù)據(jù)（掃描）質(zhì)量的好壞直接影響掃描模型的精度，而井下工程掃描由于受空間、環(huán)境等特殊因素影響，將SLAM（慣導(dǎo)）便攜式掃描系統(tǒng)應(yīng)用于井下礦山，沒有現(xiàn)成的操作規(guī)范，一切都處于實(shí)驗(yàn)階段，需要使用者不斷去探索、分析和檢驗(yàn)，下面將近年來的使用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

1.1 設(shè)備連接

SLAM三維激光掃描系統(tǒng)主要由：激光掃描儀、主機(jī)設(shè)備、電池及充電設(shè)備、連接線組成。連接線的兩端分別和主機(jī)、掃描頭的LOMO口連接，電池扣在主機(jī)上即可完成安裝。

1.2 掃描準(zhǔn)備階段

將掃描儀平置，設(shè)備開機(jī)之后連接內(nèi)置的WIFI（密碼：zebedee12），通過平板或手機(jī)端瀏覽器輸入網(wǎng)址（192.168.102.2）進(jìn)入控制截面，創(chuàng)建文件后開始工程掃描。網(wǎng)頁(yè)可實(shí)時(shí)顯示點(diǎn)云數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)解算點(diǎn)云數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示移動(dòng)軌跡，采集完成后，點(diǎn)擊STOP停止掃描。具體操作為：

（1）連接WIFI（geoslam-rt）-----密碼zebedee12。

（2）按下開機(jī)鍵并將掃描儀平置。

點(diǎn)擊NEW SCAN在輸入掃描工程名稱前，使掃描頭保持水平放置，并保持靜止；在特殊環(huán)境下使用手掌托著盡量保持靜止即可。

（3）打開UC瀏覽器，輸入登錄網(wǎng)址-----192.168.102.2。

新建掃描任務(wù)（如下圖所示：文件名以時(shí)間+礦體名稱+分層構(gòu)成）

圖1 任務(wù)創(chuàng)建

1.3 現(xiàn)場(chǎng)掃描

（1）打開掃描頭按鈕，待系統(tǒng)初始化完，拿起掃描儀進(jìn)行掃描作業(yè)。

圖2 掃描現(xiàn)場(chǎng)

（2）掃描路徑根據(jù)需要可布設(shè)為按閉合路線、不閉合路線、支導(dǎo)線線路進(jìn)行掃描。若巷道形態(tài)復(fù)雜、需要精確計(jì)算巷道體積、采場(chǎng)控制系統(tǒng)不完善時(shí)采用閉合線路；一般情況下，采用不閉合線路（需要精確體積的采用往返掃描）；掃描時(shí)選用的像控點(diǎn)應(yīng)盡可能均勻分布于掃描區(qū)域而且需要注意選用像控點(diǎn)的圖形形狀（等邊形最佳）；掃描時(shí)需同時(shí)掃入不少于3個(gè)像控點(diǎn)（控制點(diǎn)），若控制系統(tǒng)不完善或測(cè)點(diǎn)分布不均勻時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加像控點(diǎn)數(shù)量以提高模型精度；每次掃描長(zhǎng)度不超300m，掃描完之后再新建一個(gè)文件繼續(xù)掃描。

圖3 掃描路徑中的閉合線路

圖4 掃描路徑中的不閉合線路

圖5 掃描路徑中的支導(dǎo)線線路

圖6 掃描效果圖

（3）掃描結(jié)束后，點(diǎn)擊“STOP”，待數(shù)據(jù)存儲(chǔ)完畢后，檢查數(shù)據(jù)是否可用，確認(rèn)后方可關(guān)機(jī)。

2 實(shí)例解析

圖7 充填采礦法采場(chǎng)

（1）該工程為充填采礦法采場(chǎng)，需要準(zhǔn)確的巷道形態(tài)和體積，但該處控制系統(tǒng)完備，分析采用不閉合線路進(jìn)行掃描即可（采礦進(jìn)路段需往返掃描）。

（2）在對(duì)上圖巷道進(jìn)行掃描時(shí)，選擇控制點(diǎn)應(yīng)避免使用同一直線上的點(diǎn)，即B9363、B9363、B9373、B9383這四個(gè)點(diǎn)中的三個(gè)或四個(gè)點(diǎn)（這四個(gè)控制點(diǎn)都處于Y軸附近），這樣主要是為了避免數(shù)據(jù)處理過后X方向模型的高程出問題。由于立桿和捕捉桿底時(shí)不可避免的會(huì)存在誤差，而這些點(diǎn)間ΔX值較小，這樣在匹配時(shí)X方向上的巷道高程誤差=刺點(diǎn)高程誤差/點(diǎn)選用控制點(diǎn)間ΔX值＊掃描巷道的ΔX值（上圖B1363點(diǎn)處的高程誤差≈0.03/0.7＊35≈1.5米），即隨著巷道在X方向上的延伸巷道高程上的誤差就會(huì)增大。所以掃描時(shí)控制點(diǎn)的選擇應(yīng)避免全部使用同一條線上的測(cè)點(diǎn)。

（3）選用的控制點(diǎn)應(yīng)均勻分布。如上圖最佳的控點(diǎn)應(yīng)選擇B09423、B9353、B9383、B2713，這些測(cè)點(diǎn)均勻的分布在掃描范圍內(nèi)，可最大限度的減小巷道模型的誤差。條件允許的話，盡量避免選擇控點(diǎn)只在掃描區(qū)域的一側(cè)，例如選擇B9423、B9353、B9363這種情況發(fā)生，這樣離選用控點(diǎn)越遠(yuǎn)，生成巷道模型的誤差就越大，如上圖中B9383、B1733點(diǎn)附近巷道的誤差較大。

掃描結(jié)束后需檢查數(shù)據(jù)完整性和可靠性。

3 結(jié)論

掃描模型的精度主要取決于現(xiàn)場(chǎng)掃描質(zhì)量的好壞，通過分析待掃描工程性質(zhì)、用途及控制系統(tǒng)的布設(shè)情況，選用最佳的掃描路徑、最佳控制網(wǎng)（像控點(diǎn)）以保證掃描模型的精度。掃描數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后，結(jié)合Dimine等三維軟件可快速重構(gòu)出被測(cè)物體的三維模型，所以手持式三維激光掃描儀又稱實(shí)景復(fù)制技術(shù)，它突破了傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量方法，具有體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)單、拆裝方便、高效率、高精度的優(yōu)勢(shì)，能夠在復(fù)雜的空間對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行快速掃描測(cè)量，自動(dòng)存儲(chǔ)、計(jì)算，近期以來，通過測(cè)量技術(shù)人員的不斷探索和實(shí)驗(yàn)，手持式三維激光掃描儀在大屯錫礦三坑各個(gè)礦體的推廣應(yīng)用，標(biāo)志著大屯錫礦測(cè)量技術(shù)向前邁進(jìn)了巨大一步。