激光扫描仪在矿区变形监测中的应用

陈宗成

（1.山东省鲁南地质工程勘察院（山东省地勘局第二地质大队），山东 兖州 272100；2.自然资源部采煤沉陷区综合治理工程技术创新中心，山东 兖州 272100）

相对于传统的矿区变形监测来说，激光扫描仪能通过激光进行目标数据的获取，通过快速精准的生成数据，实现高效率以及低成本的测量[1]。

激光扫描技术现在应用比较广泛，在矿区变形中激光扫描仪能全方位的采集矿区的变形监测数据，对矿区的物体实行整体的监测，能有效弥补传统监测过程中的一些片面化的数据，使监测结果更加真实有效[2]。本文所探讨的主要观点是基于现有的研究基础之上，并通过激光扫描仪在某基坑和隧道的实际监测案例，对一些结论和观点进行有效验证，保证研究结果的准确性。

1 激光扫描仪在矿区监测数据采集中的应用

激光扫描仪主要通过激光发射器发射一束脉冲信号，经过物体发射之后再返回到发射器，通过时间差计算目标点与扫描仪间的距离[3]。

在矿区的变形检测中，激光扫描仪主要通过数据的采集和处理之后，采用Geomagic这个软件进行数据的宏观与微观分析。

就目前的激光扫描仪的研究进度来看，大部分扫描仪的工作原理都是采用时间漂移测距这个方法。在数据的采集方面，激光扫描仪主要采用整体采集与局部采集相结合的方式。

整体采集主要通过布设目标公共点，并且做好软件的测站拼接，实现对物体的整体扫描。局部的采集主要是架设激光扫描仪对特定的位置进行扫描[4]。

通过一系列的参数和现场的实际情况，对扫描的重叠度和监测点进行精准测量，传递三维坐标的同时，获取目标点的数据。

在数据的采集过程中，必须要做到的就是扫描站点的间距、密度以及一些重叠度的问题，在测量导线和水准之后，会将获取一个较为准确的三维坐标，然后结合扫描仪的监测扫描，获取矿区被监测对象的三维点云数据信息和目标的标靶点云数据。

2 激光扫描仪监测数据处理研究

激光扫描仪能隔空采集被测物体的空间信息，通过穿透干扰物体可在比较恶劣的作业环境下也能继续做好工程作业。

通过采集真实可靠的数据，相比较传统的监测仪器更加适用。点云数据的精度是点云精度相对定位和绝对定位两部分组成，准确率比较高。当然也会存在一定误差，这个主要跟测距和测角有关系。在一定程度上说，激光扫描仪的测量精度是远远高于传统测量精度的。在三维激光扫描仪获取数据之后，会通过CYCLONE软件将对点的云数据进行同一化。

在整体采集数据的时候，软件可将数据拼接在一起实现数据的同一化处理。在局部采集的过程中，能有效避免采集数据带来的数据误差。通过CYCLONE软件能将扫描的数据实现噪点的基本去除，能有效减轻后期对数据分析的工作量。在数据模型的建立过程中，激光扫描仪器需要借助数据扫描与全站仪的配合使用，实现数据坐标的转化。通过Geomagic软件能获取到目标点的云数据，通过不同的数据颜色直观清晰的呈现在眼前，使得目标区域的具体变形量值得到准确的分析。通过微观角度能更好的看待特征点与目标坐标值的具体差别，实现矿区监测数据特征点的横向与竖向的位移监测。

3 激光扫描仪在矿区变形监测中的实例分析

本文以某基坑为例，通过激光扫描仪与全站仪对基坑数据实行数据采集。并且对采集到的基坑监测点的云数据实行整体的数据分析。

相应的流程为设置配准点，建立网格，通过数据的缩减和数据的分割，对曲面进行拟合，实现三维目标模型的重建与应用。在这个过程中加入CYCLONE软件进行拼接去燥，建立基坑测试点的点云图。通过Geomagic软件对所采集到的点云数据进行准确的模型分析，就能得到监测基坑的变量三维图。以某隧道为例，通过激光扫描仪对隧道数据的采集，能准确获取到隧道的数据，并且对这个软件进行去燥和建模处理之后，通过Geomagic软件对隧道采集到的点云数据分析，通过变形量基本能得到监测隧道的稳定情况以及一些数据变量的区间准确值。

在基坑监测过程中，主要结合一些传统测量方面的仪器进行一起使用，不仅可提高精确度，减少测量中的误差。通过Geomagic软件和CYCLONE软件能有效的保证三维变形区域的变量大小和区域方面的位置，能将仪器和软件进行有机的结合，能让更加全面的认识到基坑的变形方面的数据和信息，减少安全隐患。从工程实例来看，三维激光的扫描仪能在较为复杂的基坑变形的优越性十分明显。

4 结语

综上所述，研究激光扫描仪在矿区变形监测中的应用具有非常重要的现实意义。

激光扫描仪在一定程度上改变了传统监测中的二维数据，可将监测目标变得更加立体客观，能较为全面和系统的监测到区域的监测点，弥补许多传统监测仪器在被测物体中存在离散点的局限性。在实际的监测过程中，会发现利用激光扫描仪监测出来的数据与被测物体的实际情况基本保持一致，监测的效果好。从近几年的监测仪器应用中，可看到激光扫描仪在矿区变形监测中的应用正在得到日益关注，相信其应用前景必将更为广泛。