CMS技术与Dimine数字化软件在矿山测量中的应用

易红平

摘要：文章以CMS洞穴扫描技术为主，通过对其硬件的组成和工作原理进行研究，通过现场探测的方法对采空区的数据进行采集，再结合Dimine数字三维软件工具将矿山采空区生成三维立体模型，并以此模型为基础、以图文为媒介介绍空洞内的扫描情况和后续处理方法。

关键词：CMS洞穴扫描技术；Dimine数字化软件；矿山测量；采空区；测量数据 文献标识码：A

中图分类号：TD679 文章编号：1009-2374（2015）34-0148-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.076

1 CMS洞穴扫描技术的主要设备构成和基本原理

第一，CMS洞穴扫描技术主要是由以下部分组成的：（1）扫描探头；（2）无线设备控制手簿；（3）设备电源；（4）相关设备附件（数据线、电源线、连接杆等）。

第二，CMS洞穴扫描技术的主要原理是利用无线设备控制手薄内已经设置好的程序，通过该程序将无线信号传送到电源内部的接收装置，再由接收装置将信息传递到扫描探头，由扫描探头对需要扫描的目标进行扫描，以完成这个操作。

第三，使用CMS洞穴扫描技术如何得到空间数据的方法。由于CMS洞穴扫描技术系统是通过激光测距仪的一种扫描头，当扫描头深入空区后作360°旋转并连续收集距离和角度数据。每完成一次360°的扫描后，扫描头将自动地按照操作人员事先设定的角度值抬高其仰角进行新一轮的扫描（步进扫描），在操作手薄上就能直观地看到收集更大旋转环上的点的数据。如此反复，直至完成全部的监测工作，从而得到完整、全面、连续、关联的“点云”数据。CMS还可以将空区边界点距离和角度数据文件转换为三维矢量坐标XYZ数据文件或DXF文件，为目标的三维重建提供依据。

2 CMS洞穴扫描技术工作流程

2.1 前期准备工作

在我们需要对一个地方进行CMS扫描工作之前，必须做到提前对该区域选择作业地点，并确认其安全可靠性，如果采用的是井筒放仪器的方法，在井口周围需用木板固定，并在井筒部留25厘米的洞，以便仪器进入。在进行作业之前还要确定好定向的方法，在确定好定向方法之后要准备好相关仪器设备，包括全站仪、三角架和扫描仪的硬件设施等，确认好这些之后还需要确认仪器的供电设备是否完备、电力是否充足、储存资料的空间是否足够等。

在仪器运输过程中，对重要仪器一定要由专人看护，不得踩踏或坐在上面。到了现场，安置仪器时，打开仪器箱：拿仪器要拿U型支架部分，不要人为转动扫描头，以免降低精度或做不必要的初始化工作。其余配套设备要摆放在平整安全的地方。正常扫描后，人员要求全部撤离危险源点，在安全地方等待。扫描完毕后尽快回收仪器，避免在空区边停留时间过长而造成不可估算的事故发生。回到办公室后，要做好清洁工作。要清除灰尘和擦拭水雾，特别是几个轴系和扫描头的镜面的清理，否则镜头有雾会影响下一次的测量精度。

2.2 现场操作流程

首先按规范要求安置仪器，并确认各个部位连接完好，接通电源，才能操作控制手薄。

2.2.1 点击开始菜单下的CMS控制程序，则自动搜索仪器弹出界面等待用户确认后进行初始化。

2.2.2 初始化完成后，弹出一个参数输入界面，自定义输入文件名、倾角范围和间格、水平角间格、该界面文件名，其他均为默认值，可根据需要自定义。

2.2.3 上面的所有参数设置好之后，点击该按钮开始测量工作，将弹出界面“FULL AUTO LEVEL”“ELEVATION AUTO LEVEL”“NO LEVELING”“BACK”。“FULL AUTO LEVEL”“ELEVATION AUTO LEVEL”这两项主要是针对扫描仪初始化后激光大致处于水平方向来进行的扫描（也就是适用于水平杆和三脚架两种）。而“NO LEVELING”则是针对扫描仪初始化后激光处于竖直方向（竖直下放定向）而进行的扫描工作，根据现场所使用的定向方法进行选择测量模式。“BACK”指返回上一操作界面。

2.2.4 随后文本框内跳出相应数据之后，正常情况下点击“OK、OK”后，就进入最后的测量工作。

2.3 数据处理步骤

2.3.1 原始数据。使用CMS扫描得到的原始数据是TXT格式文本文件。里面的坐标信息包括两个角度和一个距离文件，前六行为开始扫描时的初始坐标信息和时间信息，因为这些数据是以扫描仪中心点为坐标原点的，所以坐标信息为0，后面每一行为一个点的三维坐标信息。

2.3.2 数据处理。原始数据格式转换，采用CMS自带的处理软件CMSPosProeess Version1.5对原始扫描数据文件进行格式转换，软件运行窗口。将全站仪所测得的CMS上部中心和水平杆某点坐标、竖杆中心坐标及扫描头的方位角一一对应输入即可。CMSPosProeess可以输出DXF、XYZ格式的文件，DXF文件在后处理软件中打开，XYZ文件可以直接打开查看点的三维坐标值。

2.3.3 转换后空区原始三维模型。通过CMSPosProeess Version1.5软件对原始扫描数据文件转化输出的DXF格式原始三维模型。

3 DIMINE三维数字化软件在测量中的应用步骤

本文介绍的是通过DIMINE软件和全站仪设备、CMS三维扫描系统的配合生成采空区三维模型的方法和步骤。

3.1 将DXF格式文件另存为2004CAD格式

打开DIMINE软件，导入2004CAD格式文件。在对该界面操作的时候，要注意理解导入文件和导入视图两者的区分，最终效果其实是一样的，只不过对于前者操作起来有些繁琐。

3.2 导入DIMINE软件后不同角度的空区实体模型

通过从不同角度旋转观察空区模型，可以看到扫描仪开始圈和结束圈扫不到的“洞”，有些情况下，在扫描过程中，除了扫到空区主体外，还可能扫到与主体无关的其他相通巷道，这些多余的部分在专业术语上叫做“噪音”，是在数据处理过程中必须处理的问题。本文针对空区模型较为规则的情况下进行处理。全部选中，并进行合并，合并后再次选中实体，点击右键提取开口线，此时会看到模型中的“噪音”，也就是CMS获取数据时的盲区对该处进行编辑，封闭为面，再次全选实体模型，再合并，此时就可以查看实体模型属性中的面积、体积等内容。如果要近似计算实体体积的块段化实体模型，需进行六面体化。

3.3 编制工程图

通常在进行工程布局前需先对工程的属性进行设置，用此功能可以设置实体类型对象的输出方式及风格样式。工程输出设置：点击“工程出图”中“工程”选项卡，对水平布局与剖面布局进行设置，添加“采场”实体类型图形再次将“采场”一栏设置为“切割”，其他如不涉及可不进行设置。如果忽视了对该项工作进行设置，在创建水平或剖面布局时，该布局周围会生产很多轮廓线，可以说这种布局方式起不到指导意义和

作用。

将CAD设计中的剖面线按照绝对坐标复制出来单独建一个dwg或dxf文件，将该文件导入至DIMINE中。进行水平布局参数设置，切制平面图可直接设置水平标高进行。确定后点击“图件”中“水平图”，将实体隐藏后即可完成。进行剖面布局参数设置，选择动态绘制创建，确定后按剖面线从下至上进行，点击“剖面图”，将实体隐藏后即可完成。添加图框结束后，将DIMINE软件切制的平剖面图纸输出至CAD图形。选择切制好的平剖面，右键“保存为CAD文件”即可完成图形输出。

4 结语

使用CMS扫描技术是测绘学科的新方法，具有广泛的应用领域。随着CMS扫描技术的出现及不断发展与推广，给测绘领域的数据获取带来了新的工作方法。

参考文献

[1] 董秀军，黄润秋.三维激光扫描技术在高陡边坡地质调查中的应用[J].岩石力学与工程学报，2006，（S2）.

[2] 江家权.采空区三维建模探测技术在安庆铜矿的应用[J].有色金属（矿山部分），2008，（4）.

（责任编辑：蒋建华）