测绘新技术在金属矿山测量中的技术保障

　　【关键词】金属矿山；陀螺全站仪；地面三维激光扫描；测绘新技术 

　　 

　　矿山测量服务于矿山勘探、设计、开发和生产运营的各个阶段，必须将先进的现代技术同矿山测量的实际工作、具体特点相结合，拓宽矿山测量的生存空间和业务范围，促进矿山测量的改进和发展，适应矿山体制改革的需要。目前陀螺全站仪、地面三维激光扫描仪等新技术、新仪器已经在地下开采矿山测量中得到了广泛的应用，探讨其工作原理、作业流程有利于优化作业程序，提高工作效率。以某金属矿山为例，分析了陀螺全站仪定向的精度及地面三维激光扫描仪的作业流程及应用范围。 

 

 

　　1.1 陀螺全站仪工作原理 

 

　　陀螺全站仪是将陀螺仪和全站仪结合在一起的仪器，采用陀螺寻北本体与全站仪共同配合来测定任意测线的陀螺方位角。陀螺仪相对于惯性空间有定轴性的特性，而地球相对于惯性空间有自转效应，因此在地球表面某

一纬度φ处的陀螺仪就可以测量出相对于惯性空间的自转角速度ω，然后将地球的自转角速度分解为水平分量和垂直分量，其中水平分量ωn=ωcosϕ沿地球经线指向真北；可见，通过惯性技术测量敏感地球自转角速度的水

平分量便可以获得地球的北向信息，这就是寻北仪工作的基本原理。 

 

　　1.2 陀螺全站仪测量方法及限差 

 

　　1.2.1 陀螺全站仪测量方法 

 

　　陀螺全站仪定向采用中天法进行观测，定向程序为： 

 

　　（1）先在地面任意点上测定仪器当地的比例常数C值。观测6个测回，计算出3个C值，取平均值作为当地本仪器C值，在一定时期内，50km范围内可以使用同一C值； 

 

　　（2）在地面已知边上观测3个测回，计算仪器常数△； 

 

　　（3）在井下待定边上用2测回测量陀螺方位角； 

 

　　（4）返回地面后，在原已知边上采用3测回测量陀螺方位角，再求得三个仪器常数△。 

 

　　根据以上测量成果来检验仪器的稳定性和测量的精度，确保陀螺定向成果的可靠性和精度。 

 

　　1.2.2 陀螺全站仪观测限差要求 

 

　　为了保证观测精度，测量时需要严格执行以下各项限差： 

 

　　（1）陀螺全站仪的C值测量互差不大于0.06； 

 

　　（2）仪器的悬挂带零位不能超过±0.5格，测量前后零位值的互差不得超过0.2格；井上下零位差超过0.3格时，应加入零位改正； 

 

　　（3）相邻摆动时间的互差不得大于0.4秒，间隔摆动时间的互差不得大于0.6秒；实践总结可以保证相邻摆动时间的互差不大于0.3秒，间隔摆动时间的互差不大于0.4秒； 

 

　　（4）两个镜位观测测线测前方向值、测后方向值。测前测后方向值的互差不得超过10"； 

 

　　（5）测回间方向值互差不大于40"。 

 

　　1.3观测精度 

 

　　根据测量得到的数据，计算仪器常数一次测定中误差、仪器常数平均值中误差、井下陀螺方位角一次测定中误差、井下测定陀螺方位角平均值中误差，根据仪器常数平均值中误差 、井下测定陀螺方位角平均值中误差

，得到螺定向边最终定向中误差为： 

 

　　可以看出，在本次矿山测量方位定向中，陀螺全站仪稳定可靠，精度较高，可节省大量的劳力和时间，提高了测量的精度和工作效率。 

 

 

　　2.1 地面三维激光扫描工作原理 

 

　　地面三维激光扫描系统由三维激光扫描仪、数码相机、扫描仪旋转平台、软件控制平台，数据处理平台及电源和其它附件设备共同构成，是一种集成了多种高新技术的新型空间信息数据获取手段。地面三维激光扫描技

术的工作原理，即由三维激光扫描仪内部的一个发射体发射激光脉冲，再通过两块反光镜有序快速旋转，把由发射体发射的窄束激光脉冲按一定次序扫过目标区域。通过测量每束激光从发射到物体表面反射回仪器的时间计

算相关距离，并且编码器还会测量脉冲的相关角度，最终得到目标的真实三维坐标。软件处理后，便会输出实体建模。运用地面三维激光扫描技术，从事各类复杂、大型、不规则、非标准的实景或实体三维数据的采集，快

速重构目标的三维模型。 

 

　　2.2 地面三维激光扫描工作流程 

 

　　（1）实地踏勘实际情况，制定合理的施测方案。合理布设扫描测站，划分地面三维激光扫描作业面，保证整体埽，扫描无缺失，避免数据过度冗余，提高扫描效率。 

 

　　（2）按照制定的施测方案计划进行数据采集工作。根据精度要求设置扫描分辨率，对于规则区域，采用较低的分辨率，不规则区域采用高分辨率扫描。扫描完成后在现场初步分析数据质量是否符合设计要求，保证地

面三维激光扫描采集的数据既不缺失，又不过度冗余。地面三维激光扫描的过程中避免人员走动，以减少异常点的出现。 

 

　　（3）对采集好的点云数据进行数据预处理，包括：点云的拼接、去噪以及统一坐标系统等工作；并进行数据处理，得到观测数据及三维模型等成果。 

 

　　2.3 地面三维激光扫描在矿山测量中的应用方向 

 

　　（1）矿区地形图测绘：地面三维激光扫描仪可以实现远距离非接触性测量，对于人员难以企及和十分危险的地段进行测量具有明显优势,可以根据测量得到的点云数据，绘制大比例尺地形图，可以满足1:500比例尺地

形图的精度要求。 

 

　　（2）三维模型构建：根据地面三维激光扫描得到的点云数据，可以提取特征点，利用专业软件构建三维立体模型，使得地形地物的表达更加直观形象。 

 

　　（3）巷道变形监测：可以根据不同时期的地面三维激光扫描获得的点云数据进行处理，并通过数据分析，进行巷道的变形监测。 

 

 

　　在金属矿山巷道定向测量中，使用陀螺全站仪仅需测量几小时，精度可以达到±6.2″，远远高于单井定向和两井定向，投点和井下基本控制导线起始方位角传递任务是单独完成的，排除了投点误差对起始边坐标方位角

传递的影响，因而，提高了定向的精度；地面三维激光扫描可以具有远距离无接触测量的特点，可以用于矿区地形图绘制、三维模型构建、巷道变形监测中，节省大量人力物力，并得到海量的点云数据，提供直观的三维成

果。可以看出，陀螺全站仪、地面三维激光扫描仪等新技术、新方法的出现，极大的促进了矿山测量的发展。 

 

　　参考文献 

 

　　[1]靳朝阳,王润平,胡光,等.陀螺全站仪在井下导线测量中的应用[J].矿山测量,2010(6). 

　　[2]马立广.地面三维激光扫描测量技术研究[D].武汉:武汉大学硕士学位论文,2005. 

　　[3]董秀军.三维激光扫描技术及其工程应用研究[D].成都:成都理工大学硕士学位论文,2007. 

　　[4]王黎明,刘夫晓,王新生. 三维激光扫描技术在矿山巷道变形监测中的应用[J].矿山测量,2013(6).