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基于三维激光扫描全站仪的矿山开采沉陷监测方法
基于三维激光扫描全站仪的矿山开采沉陷监测方法
摘要：随着矿山开采的深入，地表沉陷成为矿山安全和环境保护的重要问题。传统的沉陷监测方法存在精度不高、成本高、实时性差等问题。本文针对这些问题，提出了一种基于三维激光扫描全站仪的矿山开采沉陷监测方法。该方法利用全站仪测量得到的激光点云数据，结合实时GPS定位技术，实现了高精度、实时的矿山开采沉陷监测。通过在实际矿山开采场地的试验验证，结果表明该方法能够有效监测矿山沉陷情况，并为矿山开采安全提供了重要的参考依据。
关键词：矿山开采；沉陷监测；全站仪；激光扫描；点云数据
1.引言
矿山开采会导致地下空洞形成和地表沉陷，对矿山安全和环境保护造成威胁。因此，准确、及时地监测矿山开采引起的地表沉陷变形，对于保障矿山安全和环境保护具有重要意义。传统的沉陷监测方法主要包括水准测量、全站仪测量等，但这些方法存在精度不高、成本高、实时性差等问题。随着激光扫描技术的发展，三维激光扫描全站仪成为一种新的沉陷监测技术，其具有高精度、快速获取大量数据等优势，逐渐引起了矿山开采监测领域的关注。
2.矿山开采沉陷监测方法
2.1激光扫描全站仪原理
激光扫描全站仪是一种结合了全站仪和激光扫描仪的仪器，可以同时进行全站仪测量和激光扫描。全站仪测量可以提供高精度的三维坐标数据，激光扫描可以获取物体表面的大量点云数据。激光扫描全站仪的工作原理是通过扫描仪发射激光束，接收回波信号，并利用时间差或相位差计算出测距信息。
2.2激光扫描全站仪在矿山开采沉陷监测中的应用
在矿山开采沉陷监测中，激光扫描全站仪可以实现以下功能：
2.2.1沉陷变形监测
通过激光扫描全站仪获取的点云数据，可以对矿山开采引起的沉陷变形进行监测。可以利用点云数据进行三维重建，通过比较不同时刻的三维模型，可以分析出矿山沉陷的位置和变形程度。
2.2.2开挖边坡稳定性监测
矿山开采会导致边坡的破坏和变形，给矿山安全带来风险。利用激光扫描全站仪获取的点云数据，可以对矿山边坡的稳定性进行监测。通过分析点云数据中的边坡形态和变形情况，可以评估边坡的稳定性。
2.2.3地下空洞监测
矿山开采会导致地下空洞形成，给地质环境带来威胁。通过激光扫描全站仪获取的点云数据，可以实时监测地下空洞的情况。通过比较不同时刻的点云数据，可以分析地下空洞的变化情况。
3.实验验证
为了验证基于三维激光扫描全站仪的矿山开采沉陷监测方法的有效性，我们选择了一个真实的矿山开采场地进行试验。在试验中，我们使用了经过校准的激光扫描全站仪进行测量，并使用GPS技术进行实时定位。通过比较不同时刻的点云数据，我们可以得到矿山沉陷的变形情况。
实验结果表明，基于三维激光扫描全站仪的矿山开采沉陷监测方法具有以下优点：
1.高精度：激光扫描全站仪可以提供高精度的三维点云数据，可以准确地监测矿山沉陷的变形情况。
2.实时性：利用实时GPS定位技术，可以实时获取矿山沉陷的变形信息，及时采取相应的措施。
3.成本低：相比传统的沉陷监测方法，激光扫描全站仪的成本相对较低，可以大量减少测量周期和人力成本。
4.便捷快速：激光扫描全站仪可以快速获取大量数据，避免了传统测量中需要手工记录繁琐、耗时的问题。
综上所述，基于三维激光扫描全站仪的矿山开采沉陷监测方法在矿山安全和环境保护中具有重要的应用价值。通过对矿山沉陷情况的准确监测，可以有效预防矿山事故的发生，保障矿山工人的生命安全。同时，及时采取措施，可以减轻矿山开采对地质环境的影响，保护生态环境的稳定性。在实际应用中，需要进一步研究激光扫描全站仪的精度和稳定性，并结合其他监测手段，进一步提高矿山开采沉陷监测的精度和实时性。