CMSV400三维激光扫描仪在矿山中的应用实践

张虎

（新疆哈密西部黄金哈密金矿 哈密 839000）

CMSV400三维激光扫描仪是加拿大optech公司出品的一款矿山型空场测量激光产品。2015年开始在我矿使用。此型设备适合在一些人员难以进入的空区，露天场使用。经过几年的生产实践，积累了一些经验。

1 CMSV400基本组成

Cmsv400是由激光器、水平观测连杆、蓄电池、路由器、记录手簿、激光器与路由器的信号连接线组成。其中蓄电池和路由器装置在一个箱子中。其水平观测杆，带有线划刻度尺，分为编号为A,B,C,D,E五节，共10米长。

2 CMSV400工作原理

Cmsv400以激光仪器头连接杆子为初始方向（见图1原理图），按顺时针的方向逐渐扫描采点，其增量角可以通过手簿调节。一般以0.5度至1.5度为宜。以初始方向算，其最大扫描角度是145度，也就是在三维空间上可以扫描270度的角度，激光器后面有约90度的扫描盲区。为了弥补这一缺陷，一般我们作业时，最好能在2观测点观测。整个观测过程大约持续7至8分钟，最长不超过15分钟，这主要取决于设定的增量角大小而定。激光器逐渐扫描到后部时，我们不要盯着激光看，避免伤害眼睛。观测完成的数据，如果没有经过换算，此时手簿中记录的数据是以激光头自身状态得出的内部数据，难以使用，所以一般我们必须和当地的坐标系进行联测。

3 与当地坐标的联测

与当地坐标系的联测，一般是在激光器观测开始前或观测完成后立即进行。观测方法与一般导线的观测方法相类似（见图2）。虽然仪器说明书中列举了几种观测方法，但观测最好使用全站仪的无棱镜模式进行观测。步骤是：首先架设好仪器，照准后视点，完成初始化。然后测量观测杆上的前点目标和后点目标，将坐标值记录在图3表格中。现场记录时一定注意不要忘记记录“前点”（fronttarget）和“后点”（backtarget）在观测杆标尺上的距离值，否则由于观测数据缺失，整个工作就作废了。经过坐标联测后生成的坐标点，可以达到精度要求。我们在地表，用激光器和全站仪对相同地物（如房角等）做过对比测量实验，结果较好。

图2 与当地坐标系联测示意图

图3 前、后点坐标记录表

4 内业处理

内业计算体积前，最主要一步是对激光点云的处理。一般一个采场观测下来，会有几万个至十几万个激光点。观测时，由于空中矿尘、湿气影响，难免会有无效的噪点。噪点可以用geomagic软件或其它类似的软件处理。仪器自带有空区体积计算软件Qvol。其基本思路就是将空场横截数个切面，将体积化整为零，然后求和。经过试用，不是非常直观，不好用。我们推荐使用国产软件3DMINE来计算体积。其操作的基本步骤是导入点云数据，选择“实体”-＞“实体工具”-＞“点云生成实体模型”，然后使用三角网体积，求得空区体积。使用3dmine来求体积的另一个好处是三维空间模型可以很直观的呈现出来，方便其它相关专业人员使用。

除了体积计算外，还有一类就是生成露天坑形状的表面模型计算。在3dmine中操作步骤是：导入点-＞“表面”-＞“生成表面DTM”。

5 观测中的注意事项

三维激光扫描仪在矿山使用时，虽然观测时间较短，但有许多细节需要我们在工作现场加以注意。首先是从仪器箱中拿取激光仪器头时，一定不能硬扳转动仪器头，否则会使仪器的计数电机计数发生紊乱，从而影响观测成果，这也是仪器说明书中强调的一点。其次井下作业时，一般现场环境较差，仪器头与观测杆的连接一定要检查是否牢固，确定牢固后才可使用。再则就是注意对连接线端口的保护。井下一般多灰尘，连接线端口若不注意保护，会沾上灰尘，甚至无法连接。所以一般使用完后，要将端口的盖子及时盖上。最后一点，就是观测完毕，仪器装箱前，要注意清点仪器中的小物件。如观测站标，手簿充电器、电脑连接线等，避免丢失。

我们使用的这款三维激光器，激光功率比较大，工作非常稳定，唯一的缺点是体积比较庞大，测量杆等都比较重，加上现场需要同步进行全站仪观测测量，所以一般需要5人以上才能较好地完成工作。