[發明專利]一種地下空區三維激光探測系統的坐標快捷定位方法

在審

• 申請號: 201510045331.1
• 申請日: 2015-01-29
• 公開（公告）號: CN104655010A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 徐帥;王運森;閆騰飛;李元輝;安龍;張馳;唐忠偉
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 崔蘭蒔

技術領域：

本發明屬于地下礦山測繪技術領域，具體涉及一種地下空區三維激光探測系統的坐標快捷定位方法。

背景技術：

大量采空區的存在使礦山開采條件惡化，造成礦柱變形、破壞，更嚴重的是因空區引發的井下大面積冒落、巖移、地表塌陷和突水等災害可能造成嚴重的人員傷亡和設備破壞，對礦山安全生產構成了嚴重威脅。空區三維激光探測系統(CMS)，是一種非接觸主動測量系統，利用激光作為測量媒介，可進行大面積、高密度、大空間三維數據的采集，從而真實地描述出目標的整體結構及形態特性。與傳統的探測和測量方法相比，探測過程安全、高效，探測結果精準、信息量豐富、可信度高。

空區三維激光探測系統(CMS)本身具備在三維空間進行從左到右、從上到下的全自動高精度步進掃描，通過探測點來精細描述被測空區的形態。在完成目標的三維重構基礎上，可獲取被測對象的詳細幾何特性。但CMS獲得的測量點的坐標是一種相對于CMS激光中心的局部坐標，因此，CMS測量結果需要轉換成統一的世界坐標系下的絕對坐標。當前的方法有：(1)水平探測坐標定位法。(2)垂直探測坐標定位法。這兩種方法均通過在連接機頭的固定支撐桿上架設兩個位于同一水平的靶標，通過全站儀獲得靶標的絕對坐標后，對測量結果進行坐標變換，獲得世界坐標系下的絕對坐標。現有方法在實際生產執行中，存在如下問題：

(1)設備移動困難。現有定位方法需要多種支撐裝置，裝置組件多，且多為細長桿件，由于礦山地下工作空間狹小，這使得攜帶及轉運都費時費力。

(2)測量環境要求高。現有方法在架設設備前，需要提前在空區通道口找出一處比較寬敞、安全、視角廣的場所，在狹小的地下空間，要達成這一要求往往比較困難，操作非常不便。

(3)安裝拆卸工序繁瑣。礦山地下采空區分布較廣且數量較大，當測量完一個空區后需要轉移設備到下一個測量點進行新的測量，在此過程中就需要不斷拆卸、組裝這些組件，這一工序相對繁瑣，因此消耗掉了大量的工作時間，嚴重降低了空區掃描效率。

發明內容：

為解決現有利用空區三維激光探測系統進行地理坐標定位方法中存在的問題，本發明提供一種高效、快捷、簡便地定位空區探測時系統的世界坐標系下的絕對坐標的地下空區三維激光探測系統的坐標快捷定位方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種地下空區三維激光探測系統的坐標快捷定位方法，包括如下步驟：

步驟一：在三維激光掃描設備機頭上的靶標位置設置前靶標；

步驟二：利用安裝在三維激光掃描設備機頭上的激光測距與定位裝置在三維激光掃描設備機頭正后方的巖壁上產生一個激光參照點；

步驟三：利用全站儀無棱鏡模式測出前靶標和激光參照點的絕對坐標來定位三維激光掃描設備機頭的絕對坐標，進而將三維激光掃描設備機頭掃描到的局部坐標系下的點云變換為世界坐標系下的點云。

步驟二中所述的激光測距與定位裝置包括托盤、托架、升降輪、激光測距儀及底座，所述激光測距儀設置在托盤頂部，托盤設置在托架的頂部，托盤的底部設置有平鍵，托架頂部設置有與所述平鍵相對應的鍵槽，托架的下部設置有直筒，所述升降輪的上部與所述直筒相配合，升降輪的下部設置有螺桿，底座的上部設置有與所述螺桿相配合的螺紋筒，所述托架下部的直筒上設置有固定螺絲。

步驟三中所述的將三維激光掃描設備機頭掃描到的局部坐標系下的點云變換為世界坐標系下的點云的方法為：通過CMS?V400Desktop軟件將局部坐標系下的點云變換為世界坐標系下的點云。

本發明的有益效果：定位簡便、快捷，結果準確，節省了人力成本與材料成本，提高了掃描效率。

附圖說明：

圖1為本發明的一個實施例的測量示意圖；

圖2為圖1的三維激光掃描設備機頭的結構示意圖；

圖3為圖1的激光測距與定位裝置的結構示意圖；

其中：1-三維激光掃描設備機頭，2-三腳架，3-全站儀，4-已知控制點，5-激光參照點，6-激光測距與定位裝置，7-前靶標，8-激光測距儀，9-底座，10-托盤，11-固定螺絲，12-升降輪，13-托架，14-平鍵，15-直筒，16-螺桿，17-螺紋筒。

具體實施方式：

下面結合實施例與附圖對本發明做進一步詳細說明：

如圖1～圖3所示，一種地下空區三維激光探測系統的坐標快捷定位方法，包括如下步驟：