[发明专利]一种地下空区三维激光探测系统的坐标快捷定位方法

说明书

技术领域：

本发明属于地下矿山测绘技术领域，具体涉及一种地下空区三维激光探测系统的坐标快捷定位方法。

背景技术：

大量采空区的存在使矿山开采条件恶化，造成矿柱变形、破坏，更严重的是因空区引发的井下大面积冒落、岩移、地表塌陷和突水等灾害可能造成严重的人员伤亡和设备破坏，对矿山安全生产构成了严重威胁。空区三维激光探测系统(CMS)，是一种非接触主动测量系统，利用激光作为测量媒介，可进行大面积、高密度、大空间三维数据的采集，从而真实地描述出目标的整体结构及形态特性。与传统的探测和测量方法相比，探测过程安全、高效，探测结果精准、信息量丰富、可信度高。

空区三维激光探测系统(CMS)本身具备在三维空间进行从左到右、从上到下的全自动高精度步进扫描，通过探测点来精细描述被测空区的形态。在完成目标的三维重构基础上，可获取被测对象的详细几何特性。但CMS获得的测量点的坐标是一种相对于CMS激光中心的局部坐标，因此，CMS测量结果需要转换成统一的世界坐标系下的绝对坐标。当前的方法有：(1)水平探测坐标定位法。(2)垂直探测坐标定位法。这两种方法均通过在连接机头的固定支撑杆上架设两个位于同一水平的靶标，通过全站仪获得靶标的绝对坐标后，对测量结果进行坐标变换，获得世界坐标系下的绝对坐标。现有方法在实际生产执行中，存在如下问题：

(1)设备移动困难。现有定位方法需要多种支撑装置，装置组件多，且多为细长杆件，由于矿山地下工作空间狭小，这使得携带及转运都费时费力。

(2)测量环境要求高。现有方法在架设设备前，需要提前在空区通道口找出一处比较宽敞、安全、视角广的场所，在狭小的地下空间，要达成这一要求往往比较困难，操作非常不便。

(3)安装拆卸工序繁琐。矿山地下采空区分布较广且数量较大，当测量完一个空区后需要转移设备到下一个测量点进行新的测量，在此过程中就需要不断拆卸、组装这些组件，这一工序相对繁琐，因此消耗掉了大量的工作时间，严重降低了空区扫描效率。

发明内容：

为解决现有利用空区三维激光探测系统进行地理坐标定位方法中存在的问题，本发明提供一种高效、快捷、简便地定位空区探测时系统的世界坐标系下的绝对坐标的地下空区三维激光探测系统的坐标快捷定位方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种地下空区三维激光探测系统的坐标快捷定位方法，包括如下步骤：

步骤一：在三维激光扫描设备机头上的靶标位置设置前靶标；

步骤二：利用安装在三维激光扫描设备机头上的激光测距与定位装置在三维激光扫描设备机头正后方的岩壁上产生一个激光参照点；

步骤三：利用全站仪无棱镜模式测出前靶标和激光参照点的绝对坐标来定位三维激光扫描设备机头的绝对坐标，进而将三维激光扫描设备机头扫描到的局部坐标系下的点云变换为世界坐标系下的点云。

步骤二中所述的激光测距与定位装置包括托盘、托架、升降轮、激光测距仪及底座，所述激光测距仪设置在托盘顶部，托盘设置在托架的顶部，托盘的底部设置有平键，托架顶部设置有与所述平键相对应的键槽，托架的下部设置有直筒，所述升降轮的上部与所述直筒相配合，升降轮的下部设置有螺杆，底座的上部设置有与所述螺杆相配合的螺纹筒，所述托架下部的直筒上设置有固定螺丝。

步骤三中所述的将三维激光扫描设备机头扫描到的局部坐标系下的点云变换为世界坐标系下的点云的方法为：通过CMS V400Desktop软件将局部坐标系下的点云变换为世界坐标系下的点云。

本发明的有益效果：定位简便、快捷，结果准确，节省了人力成本与材料成本，提高了扫描效率。

附图说明：

图1为本发明的一个实施例的测量示意图；

图2为图1的三维激光扫描设备机头的结构示意图；

图3为图1的激光测距与定位装置的结构示意图；

其中：1-三维激光扫描设备机头，2-三脚架，3-全站仪，4-已知控制点，5-激光参照点，6-激光测距与定位装置，7-前靶标，8-激光测距仪，9-底座，10-托盘，11-固定螺丝，12-升降轮，13-托架，14-平键，15-直筒，16-螺杆，17-螺纹筒。

具体实施方式：

下面结合实施例与附图对本发明做进一步详细说明：

如图1～图3所示，一种地下空区三维激光探测系统的坐标快捷定位方法，包括如下步骤：