Геотехнологии. Безопасность жизнедеятельности

Принцип работы лазерного сканера аналогичен принципу работы безотражательного электронного тахеометра и заключается в измерении времени прохождения лазерного луча от излучателя до отражающей поверхности и обратно до приёмника. Путём деления этого времени на скорость распространения лазерного луча определяется расстояние до объекта.

Технология наземного лазерного сканирования заключается в измерении расстояний до большого количества точек, расположенных на снимаемом объекте. Измерения происходят со скоростью в несколько тысяч точек в секунду. Углы в данном случае не измеряются, а задаются поворотом зеркала, одновременно регистрируясь запоминающим устройством. Плотность сканирования зависит от дальности и может достигать десятых долей миллиметра.

Для производства работ не нужен непосредственный доступ к объекту, не нужны отражатели или другие приспособления, необходима лишь прямая видимость сканируемой поверхности. Чем сложнее сооружение или поверхность, тем больше нужно опорных точек, с которых будет производиться сканирование. Данные сканирования, полученные с различных точек установки прибора, в процессе камеральной обработки сводятся в единое трёхмерное «облако точек», которое в дальнейшем служит основой для построения объемных моделей (рисунок 1).

Время, затрачиваемое на полевые работы, зависит от расположения объекта, расстояния до него, требований к плотности измерений и детализации. Лазерное сканирование имеет преимущество перед традиционными технологиями по безопасности измерений, а также при получении данных об элементах, тахеометрическая съёмка которых вообще невозможна.

По результатам сканирования составляется трёхмерная модель, успешно конвертируемая в CAD и ГИС-приложения. Используя такую модель, можно составить топографический план, создать любое сечение, модель отдельно взятых элементов и получить любые геометрические параметры (рисунок 2).

Трёхмерная цифровая модель карьера позволяет решать комплекс маркшейдерских и технологических задач. Во-первых, возможно вычисление объёмов вскрыши и добычи полезного ископаемого, постоянное редактирование модели карьера после каждого взрыва очередного блока и выемки породы и руды. Объём взорванного блока может быть получен с высокой точностью через несколько часов после взрыва путём наложения друг на друга двух цифровых моделей (до и после взрыва). Методом проведения сечений через заданный интервал получаем погоризонтные и общий планы карьера [2].

Во-вторых, вычисление объёмов породы (руды, шлака и т. п.) на различных отвалах, складах и хранилищах. Зачастую такие объекты имеют сложную форму, что далеко не всегда учитывается и приводит к погрешностям определения объёмов. При полном соблюдении методики съёмки при сканировании, погрешность вычисления объёма будет находиться в пределах 1 %.

В-третьих, съемка недоступных объектов. Там, где невозможен доступ человека из соображений безопасности, применение технологии лазерного сканирования позволяет получить цифровую модель объекта.

В-четвёртых, наблюдения за деформациями. Это могут быть здания и сооружения, земная поверхность на подрабатываемых территориях, оползни, отвалы, обрушения и другие области возможных смещений. И все измерения осуществляются не по контрольным точкам, а в режиме сплошных наблюдений за поверхностью. Величина и направление деформаций вычисляются путём наложения моделей объекта для каждого цикла измерений.

В-пятых, исследование структуры горного массива. Цифровая модель карьерных откосов позволяет выделить на ней структурные отдельности и определить элементы их залегания. Это очень важно для железорудных карьеров, так как горный компас здесь использовать нельзя (рисунок 3).

При помощи технологии лазерного сканирования решается широкий круг задач горного дела: составление пространственных моделей горных выработок в системе координат шахты; определение их геометри-

Внедрение на карьерах АО «ССГПО» лазерного сканера, позволяет оперативно контролировать состояние горного массива и положение горно–транспортного оборудования, планировать горные работы и иметь цифровые объемные модели карьера в течение всего периода отработки месторождения и является важным элементом системы мониторинга прибортовых массивов [3].