Разработка и исследование способа ориентирно-соединительной съемки с применением лазерных сканирующих систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.16, кандидат наук Гриднев, Семён Олегович

• Гриднев, Семён Олегович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Гриднев, Семён Олегович

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР СПОСОБОВ ВЫПОЛНЕНИЯ МАРКШЕЙДЕРСКОЙ ОРИЕНТИРНО-СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ СЪЕМКИ

1.1 Сущность маркшейдерских ориентирно-соединительных съемок

1.2 Геометрические методы ориентирования

1.2.1 Ориентирно-соединительные съемки через штольню или наклонный ствол

1.2.2 Геометрическое ориентирование через один вертикальный ствол

1.2.3 Геометрическое ориентирование через два вертикальных ствола

1.3 Гироскопическое ориентирование

1.4 Передача высотной отметки с поверхности в шахту

1.5 Ориентирно-соединительные съемки, выполняемые с помощью дальномеров

ГЛАВА 2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАЗЕМНЫХ СКАНИРУЮЩИХ СИСТЕМАХ И ПРОГРАММНОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ

2.1 Наземные сканирующие системы

2.2 Принцип работы лазерных сканеров

2.3 Принцип действия блока развертки наземных лазерных сканеров

2.5 Обзор сканирующих систем

2.6 Программное обеспечение

2.6.1 Обзор функциональных возможностей программного

обеспечения

ГЛАВА 3. СПОСОБ ОРИЕНТИРНО-СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ СЪЕМКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛАЗЕРНЫХ СКАНИРУЮЩИХ СИСТЕМ

3.1 Порядок выполнения измерений

3.1.1 Полигонометричекий ход от подходных пунктов

3.1.2 Закрепление отражающих марок

3.1.3 Закрепление сканирующей системы под днищем клети

3.1.4 Проложение сканерного хода вдоль ствола

3.2 Обработка данных

3.2 Расчет затрат времени на производство ориентирно-соединительной съемки выполняемой с помощью лазерного сканера

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ИЗМЕРЕНИЯХ СКАНИРУЮЩЕЙ СИСТЕМОЙ

4.1 Источники ошибок измерений сканирующих систем

4.2 Ошибка определения центра отражающей марки

4.2 Погрешность передачи дирекционного угла в горные выработки лазерной сканирующей системой

4.3 Погрешность передачи лазерным сканером плановых координат и высотной отметки в горные выработки

4.4 Результаты имитационного моделирования

4.5 Сравнение результатов сканерного хода с данными высокоточного электронного тахеометра

4.5.1 Предрасчет погрешности ориентирно-соединительной съемки

4.5.2 Результаты измерений

ГЛАВА 5. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

5.1 Опытная ориентирно-соединительная съемка через вертикальный ствол с помощью лазерного сканера

5.1.1 Полигонометрический ход на поверхности

5.1.2 Закрепление отражателей

5.1.3 Закрепление сканирующей системы

5.1.4 Сканерный ход по стволу

5.1.5 Результаты эксперимента

5.2 Экспериментальная ориентирно-соединительная съемка через восстающий с помощью лазерного сканера

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ТЕРМИНОВ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование способа ориентирно-соединительной съемки с применением лазерных сканирующих систем»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Крупные успехи в области создания новых электронно-оптических средств измерений качественно изменили в последние годы рынок маркшейдерских и геодезических приборов. Неуклонно растет число пользователей автоматизированных систем на основе лазерного сканирования. Конкуренция производителей стимулирует почти ежегодный выпуск новых систем, чем провоцирует внедрение в практику технических решений без должного научно-методического и нормативного обеспечения.

Растущая популярность лазерного сканирования обусловлена целым рядом преимуществ, которые дает новая технология по сравнению с другими методами измерений. Среди преимуществ хочется выделить главные: повышение скорости работ, высокая точность и подробность измерений, уменьшение трудозатрат и минимальное участие человека непосредственно в измерениях. Очевидно, что разработка научно и практически обоснованного методического обеспечения инновационных технологий маркшейдерского сопровождения горных работ является актуальной задачей, востребованной производством в области применения наземного лазерного сканирования.

Одной из важнейших и ответственных маркшейдерских задач является выполнение ориентирно-соединительной съемки, через вертикальные и наклонные выработки. Актуальной задачей является обеспечение безопасности функционирования шахтных стволов, маркшейдерский мониторинг профилей их проводников и состояния крепи ствола. Не менее актуальной задачей является повышение безопасности производства маркшейдерских работ в стволе.

Вышеперечисленные виды работ выполняются, как правило, известными традиционными методами.

Основные недостатки существующих способов - отсутствие контроля, обилие поправок в измерения (за температуру, за компарирование лент,

проволок, мерных дисков, за удлинение от собственного веса и подвешенного груза и т.п.) и, как следствие, высокая погрешность определения превышения между реперами.

К числу других недостатков также можно отнести ограничения по глубине работ (шахтные ленты до 500 метров, длиномер ДА-2 до 1000 м), большие затраты времени, возможность обрыва мерных приборов, низкая безопасность труда.

При ориентировании выработок возникают проблемы с опусканием в ствол отвесов, а также их качанием, что сильно затрудняет измерения.

Не редко приходится останавливать ствол на сутки и более, что приводит к большим денежным потерям и невозможности использовать ствол в качестве запасного выхода.

Поиск эффективного и качественного решения этих задач на основе автоматизированных и высокопроизводительных систем измерений послужил основным мотивом представленных исследований.

Степень изученности. Развитию технологии лазерного сканирования способствовали труды многих, как зарубежных, так и отечественных ученых, таких как W. Boehler, L. Gruending, Н. Ingensand, D. Lichti, I. Milev, J. Norton, J. Riegl, A. Ullrich, Данилин И.М., Журкин И.Г., Карпик А.П., Михайлов А.П., Медведев Е.А., Науменко А.И., Середович В.А., Комиссаров Д.В., Комиссаров A.B., Широкова Т.А., Чибуничев А.Г., Канашин Н.В. и др.

В работах вышеперечисленных авторов, рассматриваются принципы работы систем и программного обеспечения, обосновываются методики съемки и создания сканерных сетей, рассматриваются наиболее выгодные конфигурации расположения марок и раскрываются принципы методик уравнивания таких измерений.

Объектом исследований представленной работы являются маркшейдерские ориентирно-соединительные съемки.

Предметом исследований являются факторы, влияющие на точность маркшейдерской ориентирно-соединительной съемки с применением сканирующих систем.

Цель работы заключается в разработке нового геометрического способа ориентирно-соединительной съемки на основе сканирующих систем и анализ возникающих погрешностей, с целью повышения эффективности и безопасности капитальных маркшейдерских работ в стволе.

Идея работы заключается в использовании возможности сканера автоматически определять координаты отражающих марок попадающих в поле зрения прибора с высокой точностью.

Основные задачи исследований:

а) разработать метод передачи через вертикальные и наклонные выработки элементов ориентирования маркшейдерских сетей по результатам лазерной локации специальных отражающих марок на глубину более 1 км;

б) установить оптимальные значения углового разрешения и расстояния для вычисления центра отражающей марки с требуемой точностью;

в) определить наиболее выгодную геометрию фигуры сканерного хода в стволе и обосновать количество связующих марок;

г) выполнить анализ основных источников погрешностей предлагаемых решений;

д) разработать методику предрасчета погрешности ориентирно-соединительной съемки выполняемой лазерным сканером;

е) обосновать требования к выполнению работ, к конструкции и размерам отражающих марок.

Новизна результатов:

- разработан сканерный ход специальной конфигурации позволяющий, передать элементы маркшейдерских сетей в подземные горные выработки;

- получена формула, позволяющая рассчитать погрешность определения центра марки на различных расстояниях и с разным угловым разрешением;

- получено выражение, позволяющее вычислить угловые ошибки трансформации системы координат сканера по связующим точкам;

- получены формулы для предрасчета погрешности ориентирно-соединительной съемки, выполненной посредством сканерного хода по горной выработке.

Научная значимость результатов исследований:

- разработан новый геометрический способ выполнения ориентирно-соединительной съемки с применением лазерной сканирующей системы;

- исследована точность определения центра отражающей марки и сделан вывод о возможности применения сканера для высокоточных измерений;

- на основе исследований факторов, влияющих на точность ориентирно-соединительной съемки, обоснована геометрия фигуры сканерного хода и необходимое количество связующих марок.

Практическое значение работы. Разработанный способ может быть применён при выполнении ориентирно-соединительной съемки на стволах глубиной более 1000 м. Применение сканирующих систем для выполнения ориентирно-соединительной съемки значительно сокращает время производства работ по сравнению с традиционными методами. Методика повышает безопасность труда при проведении маркшейдерских работ, ствол во время работ не перекрывается и может работать, как запасной выход. Выполненные в работе исследования и разработки позволяют эффективно использовать наземные лазерные сканеры для производства капитальных маркшейдерских работ.

Методы исследований. Теоретические методы (теория ошибок измерений, математическая статистика) - использовались для обоснования оценки погрешностей получаемых измерений. Методы имитационного

моделирования - использовались для моделирования вариантов прокладывания сканерных ходов. Экспериментальные методы (анализ данных экспериментальных измерений, сравнивание с результатами традиционных методов, проверка измерений высокоточным тахеометром).

На защиту выносятся следующие научные положения:

1) Погрешность определения центра марки находится в прямой экспоненциальной зависимости от углового разрешения сканирования и расстояния до сканера.

2) Погрешность ориентирно-соединительной съемки с помощью сканерного хода по стволу зависит от геометрии хода, количества связующих марок и возрастает прямопропорционально корню квадратному из числа позиций сканирования.

Достоверность научных положений и результатов подтверждается согласованностью теоретических с полученными практическими результатами, результатами математического моделирования, а также внедрением в производственную деятельность крупнейшего горного предприятия России ОАО «ППГХО».

Личный вклад автора диссертации заключается в сборе и обобщении материалов, постановке задач исследований, выполнении исследований, формулировании научных положений, выводов и рекомендаций диссертации.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на следующих конференциях: научно-практическая конференция «Инновационное развитие горно-металлургической отрасли» ИрГТУ, Иркутск 2009 г., «Состояние и перспективы развития маркшейдерского дела» Монголия, Улан-Батор 2009 г., научно практическая конференция «Игошинские чтения» НИ ИрГТУ, Иркутск 2010 г., международная научно-практическая конференция «Маркшейдерия и геодезия в 21 веке» НИ ИрГТУ, Иркутск 2011 г.,

всероссийская научно-техническая конференция «Геонауки-60» Институт Недропользования, Иркутск, 21-22 мая 2012 г., IV международная научно-практическая конференция «Геодезия, маркшейдерия, аэросъемка. На рубеже веков», Москва 2013 г.

Основные результаты и исследования опубликованы в 4 статьях, две из которых в журналах рекомендованных ВАК. По результатам исследований получен патент на изобретение (Гриднев С.О., Охотин А.Л., Волохов A.B. «Способ соединительной съёмки» патент РФ № 2011106487/03)

Соответствие работы паспорту специальности. Диссертационное исследование выполнено в рамках специальности 25.00.16. Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр (П. 1, 7,10).

Объем и структура работы. Диссертация включает введение, пять глав, заключение, список сокращений, список терминов, список литературы из 52 наименований. Объем диссертации — 101 страница машинописного текста, в том числе 12 таблиц, 47 рисунков, 1 приложение.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СПОСОБОВ ВЫПОЛНЕНИЯ МАРКШЕЙДЕРСКОЙ ОРИЕНТИРНО-СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ СЪЕМКИ.

1.1 Сущность маркшейдерских ориентирно-соединительных съемок.

Под ориентирно-соединительными съемками понимают установление геометрической связи подземных съемок со съемками на поверхности Земли. Эти работы относят к капитальным маркшейдерским. Их выполняют с высокой точностью. Они служат базой для создания маркшейдерской опорной сети в горных выработках.

Целью ориентирно-соединительных съемок является: создание на каждом горизонте горных работ шахты (рудника) опорной маркшейдерской сети в системе координат, принятой на поверхности.

В результате выполнения ориентирно-соединительной съемки представляется возможным составлять планы горных работ в единой системе координат с планами земной поверхности. Такие маркшейдерские работы необходимы для задания направления горным выработкам, проведения их встречными забоями, для развития горных работ согласно проекту, обеспечения правильного взаимного расположения выработок и сооружений на поверхности, установления границ безопасного ведения горных работ, охраны зданий, сооружений и земной поверхности от влияния горных выработок и решения ряда других ответственных инженерно-технических задач.

Ориентирно-соединительные съемки разделяют на горизонтальные и вертикальные.

Горизонтальные съемки производят для решения задачи определения плановых координат и дирекционного угла.

Вертикальные соединительные съемки производят для передачи высотных отметок с земной поверхности в горные выработки. В ряде случаев их делают самостоятельно, отдельно от горизонтальной съемки.

На ориентируемом горизонте необходимо определить координаты X, У, двух, трех точек и дирекционный угол одной стороны в системе координат, принятой на поверхности.

Наиболее ответственной частью горизонтальной соединительной съемки является определение дирекционного угла первой стороны подземной опорной сети. Так, если погрешность сделана в передаче дирекционного угла, а координаты X, У переданы безошибочно, то она вызывает поворот всего полигона, из-за чего точки теодолитного хода от ствола шахты к ее крыльям будут все более отходить от истинного (безошибочного) положения пропорционально расстоянию.

Учитывая важность соединительных съемок, предусматривают двойное независимое их проведение. При этом разность между двумя определениями дирекционного угла первой стороны подземной съемки независимыми ориентировками должна быть менее 3'.

1.2 Геометрические методы ориентирования

В зависимости от того, как соединены горные выработки с земной поверхностью или между горизонтами, различают ориентирно-соединительные съемки через штольню или наклонный ствол; через один вертикальный ствол; через два или несколько вертикальных стволов.

1.2.1 Ориентирно-соединительные съемки через штольню или наклонный

ствол.

Ориентирно-соединительные съемки через штольню или наклонный ствол производятся методом полигонометрии. С поверхности в шахту прокладывают дважды полигон с выходом на первую сторону подземной съемки. При этом относительная погрешность хода не должна превышать 1/5000. Высотные

отметки в выработках с углом наклона до 8° передают геометрическим нивелированием, а свыше 8° - тригонометрическим.

1.2.2 Геометрическое ориентирование через один вертикальный ствол.

Геометрическое ориентирование через один вертикальный ствол осуществляют путем опускания в ствол двух отвесов, фиксирующих отвесную плоскость, дирекционный угол которой с поверхности сохраняется на всю глубину. Отвесные линии могут быть представлены оптическими или лазерными лучами. Обычно используют физические отвесы. Геометрическое ориентирование включает решение трех самостоятельных задач: проектирование точек с поверхности в шахту, примыкание к опущенным в ствол отвесам на поверхности; примыкание к этим отвесам на ориентируемом горизонте.

Рисунок 1.1 Схема выполнения ориентирования способом соединительного треугольника.

При геометрических методах ориентирования точки обычно проектируют отвесами, которые могут быть неподвижными и качающимися. Для качающихся отвесов наиболее вероятное отклоненное положение определяют путем

наблюдений за отклонениями отвеса относительно биссектора сетки нитей трубы теодолита или с помощью специальных шкальных приборов.

При проектировании неподвижным отвесом предполагается, что отвес в стволе занимает строго вертикальное положение и при этом в проекции на горизонтальную плоскость точки, соответствующие на поверхности и в шахте, совпадают.

Погрешность проектирования отвесами сильно влияет на точность ориентирования через один вертикальный ствол. Отклонение отвеса в стволе от вертикального положения может быть за счет воздушного потока, капежа, колебаний, не правильной установки оборудования при проектировании и центрировании пластин и.т.д.

Пусть А, В - положение отвесов на поверхности; А1,В1-отклоненное положение этих же отвесов в шахте; Ьа,ЬЬ - линейные отклонения проекций нижних точек отвесов от верхних; с - расстояние между отвесами на ориентируемом горизонте. Тогда 0-средний угол отклонения створа отвесов на ориентируемом горизонте относительно створа на поверхности:

в=±р(1а + ЬЬ)

2С (1.1)

Задачу примыкания, т.е. определения дирекционного угла створа отвесов и координат Х,У отвесов осуществляют путем создания и решения геометрических фигур. Решению задач предшествуют закрепление подходных точек у ствола на поверхности и на ориентируемом горизонте. Способ примыкания выбирают таким, чтобы погрешность передачи дирекционного угла от исходной стороны на земной поверхности к створу отвесов и также от створа отвесов на первую сторону подземной съемки в отдельности не превышала ±30".

Примыкание может быть выполнено соединительными треугольниками, четырехугольниками, симметричными (шкальными) способом, методом створа.

Наиболее простым и распространенным является примыкание способом соединительных треугольников. Сущность способа состоит в следующем (см. рисунок 1.1). На поверхности от опорной сети к подходной точке С

прокладывают полигонометрию 1-го разряда и вычисляют аФС) и Хс, Ус.

В шахте закрепляют постоянные пункты Сь I>1 так, чтобы от точки С1 была видимость на отвесы и пункт Желательно, чтобы в образовавшихся на поверхности и в шахте остроугольных соединительных треугольниках острые углы у не были больше 2-3" .

На подходных точках устанавливают теодолиты и измеряют горизонтальные углы у,А,,5 и У1,5ЬА.1 с точностью ± 10". В соединительных треугольниках измеряют в горизонтальной плоскости все стороны а,Ь,с и аьЬьС]. Каждую сторону измеряют при смещении рулетки 3-4 раза. Допустимое расхождение между отдельными измерениями -2мм. Из допустимых значений определяют среднюю длину каждой сторон.

Контроль правильности измерения линейных и угловых величин треугольников осуществляют путем сравнения измеренных расстояний между отвесами на поверхности и ориентируемом горизонте и вычисленных по формуле косинусов. При этом расхождения СИзм-СВыч не должны превышать 3 мм на поверхности и 5мм - в шахте.

Углы при отвесах вычисляют по теореме синусов. Угловую невязку в треугольниках распределяют поровну с обратным знаком только на вычисленные углы при отвесах А и В. Передачу дирекционного утла с поверхности в шахту делают по схеме, как в обычном теодолитном ходе.

Контролем ориентирования является повторение работ после смещения одного из отвесов. Если разность между ними меньше 3',то за окончательное значение дирекционного угла принимают среднее из полученных.

1.2.3 Геометрическое ориентирование через два вертикальных ствола.

Полевые работы при ориентировании через 2 ствола разделяют на два этапа: до остановки стволов и после их остановки.

До остановки стволов около них закрепляют подходные точки а и Ь (Рисунок 1.2) и от сети на поверхности (пункты I, II) прокладывают к ним полигонометрию 1 -го разряда (1:10 ООО).

Рисунок 1.2 Схема ориентирования через два вертикальных ствола.

В околоствольных выработках выставляют подходные точки I, п и прокладывают между ними полигонный ход повышенной точности (1:30001:5000).

После выполнения этих работ производят остановку стволов. В каждый из них опускают по одному отвесу, а на подходных точках а, Ь и I, п устанавливают теодолиты. Четыре наблюдателя одновременно делают примыкание к отвесам (измеряют угловые и линейные величины).

При ориентировке через 2 ствола погрешность проектирования отвесов играет второстепенную роль, поэтому здесь не применяют специальных методов определения положения покоя отвесов на горизонте примыкания, Вычисления ведут в следующем порядке:

1) Из примыкания на поверхности вычисляют координаты отвесов.

2) Решая обратную геодезическую задачу, определяют дирекционный угол створа отвесов.

3) Вводят условную систему координат: ось ОХ' направляют по первой стороне подземной съемки, а за начало координат принимают один из отвесов.

4) По измеренным величинам р1,р2,...,рп и ЬДг,____Дп вычисляют координаты

точек подземного полигона, включая отвес В, в условной системе.

5) Определяют дирекционный угол первой стороны подземной сети в истинной системе координат согласно схеме на Рисунок 1.2.

6) По известным дирекционному углу и координатам вычисляют координаты всех точек подземного хода и второго отвеса, но уже в истинной системе координат.

Ориентирование через два ствола из геометрических способов является самым точным и надежным. Поскольку расстояние между отвесами большое, погрешность проектирования не оказывает существенного влияния на результат.

1.3 Гироскопическое ориентирование

Гироскопическое ориентирование базируется на свойстве оси гироскопа с двумя степенями свободы устанавливаться параллельно оси вращения Земли, т.е. в направлении истинного меридиана в данной точке.

В положении равновесия ось гиромотора будет направлена на север С в плоскости географического меридиана точки установки гирокомпаса, а

зрительная труба будет направлена на север условного «гирокомпасного» меридиана Сг, образуя с истинным меридианом угол 5, называемой поправкой гирокомпаса:

Рисунок 1.3 Схема гироскопического ориентирования на земной поверхности а) и в горных выработках б).

Где ^АВ -дирекционный угол стороны АВ; уЕ-плоское сближение меридианов в точке А; Глв- гироскопический азимут стороны АВ.

Гироскопический азимут исходной стороны определяют дважды. Первый раз перед определением гироскопических азимутов сторон в шахте, второй-после этих работ. Поправку гирокомпаса вычисляют, как среднее из определений.

Современное приборостроение развивается очень быстро, поэтому на сегодняшний день существуют точные и автоматизированные гироприборы, однако гироскопическое ориентирование, как и магнитное, решает только одну задачу - определение дирекционного угла. Координаты же х,у,г передают отдельно геометрическим методом.

9 -

л

Рисунок 1.4 Общий вид современного прибора для гироориентирования ОУЯОМАТ 3000.

С помощью вУКОМАТ 3000 можно точно измерять направления независимо от магнитного поля Земли. Это возможно благодаря нейтральному, быстро вращающемуся гироскопу, установленному в приборе. Его ось колеблется вокруг географического севера в результате взаимодействия гироскопического вращения, гравитации и вращения Земли. Таким образом, специальная электрооптическая развертывающая система определяет положение географического севера автоматически, с предельной точностью. Требуется примерно 10 минут, чтобы выполнить однонаправленное измерение с точностью до 1/1000 £оп, или 15 мм на один километр.

В практике возможны случаи передачи высот на пункты подземной маркшейдерской сети по горизонтальным, наклонным и вертикальным выработкам. Во всех случаях у устьев горных выработок закрепляют реперы, высоты которых определяют геометрическим нивелированием не ниже IV класса от опорной сети на поверхности.

В горизонтальных выработках отметку передают геометрическим нивелированием от подходных реперов.

1.4 Передача высотной отметки с поверхности в шахту.

По наклонным выработкам с углом наклона больше 5° высоты передают тригонометрическим нивелированием.

Рисунок 1.5 Классическая схема передачи высотной отметки в шахту.

Через вертикальную выработку высоты передают с помощью длинной шахтной ленты, длиномера, светодальномера или радиодальномера.

Передача высоты должна осуществляться дважды. Разности высот из двух независимых способов не должны превышать:

- при передаче через вертикальный ствол Ал < (10 + 0.2Н), Мм:

- при передаче по горизонтальным выработкам Ал < 5о%Х.мм:

- при передаче по наклонным выработкам Ал < ЮочТ.мм;

где Ь- длина хода нивелирования, км\ Н-глубина ствола, м.

Общая схема передачи координаты I с поверхности в шахту представлена на рисунке 1.5. Репер А с известной высотной отметкой закреплен на поверхности. От него геометрическим нивелированием определена высотная

отметка репера В у устья ствола. Репер С закреплен в почве горной выработки. Его высоту 2С требуется определить.

Zc=Zв-H1 (1.2)

Н]=(п2-п1)-а+ь+?£к (1.3)

где: а и Ь отсчеты на уровне визирных осей нивелиров; /1=п2-"/ - расстояние между визирными осями нивелиров; £]Дк - сумма поправок;

1.5 Ориентирно-соединительные съемки, выполняемые с помощью

дальномеров.

Из таких технологий отметим работы (ВНИМИ) по передаче отметки светодальномером МСД-1М на глубину 780м на шахте им. Менжинского ПО "Первомайскуголь", светодальномерами СТ-5 "Блеск" и Бо^Иа ГШО-1 на шахте "Трудовская" прямым способом и через зеркало с изменением хода луча на 90 градусов. Точность передачи отметки по результатам повторных наблюдений составила -2лш-. Практика показала, что основное препятствие для измерений -высокая турбулентность, влажность воздушного потока и заливание водой отражателей.

Аналогичные исследования известны и за рубежом. В Венгрии для передачи высотной отметки в шахту через вертикальный ствол использованы светодальномеры ЕОК - 2000 до глубины 400 метров, Геодиметр-6 до глубины 900 метров, радиодальномер СА -1000 с влажностью воздуха до 100%. На глубину 1200 метров при той же влажности удалось передать отметку только с помощью радиодальномера.

В качестве контроля измерений во всех случаях использовались повторные передачи отметки.

На сегодняшний день описана методика производства ориентирования с помощью светодальномера.

Данная методика основана на измерении с двух позиций ребер пирамиды светодальномером и длин сторон её основания рулеткой. В результате возникает трилатерационная фигура, решив которую, получают уравненные координаты отражателей расположенных на горизонте ориентирования.

ГЛАВА 2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАЗЕМНЫХ СКАНИРУЮЩИХ СИСТЕМАХ И ПРОГРАММНОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ

2.1 Наземные сканирующие системы

Методика измерений, предложенная в диссертации, подразумевает использование лазерного сканера.

Сущность наземного лазерного сканирования заключается в измерении с высокой скоростью расстояний от сканера до точек объекта и регистрации соответствующих направлений (вертикальных и горизонтальных углов), следовательно, измеряемые величины при наземном лазерном сканировании являются аналогичными, как и при работе с электронными тахеометрами. Однако принцип тотальной съемки объекта, а не его отдельных точек, характеризует лазерные сканера, как съемочную систему, результатом работы которой является трехмерное изображение, так называемый скан.

Изображения, получаемые наземными сканерами, обычно несут чрезвычайно большой объем информации, являющийся в ряде случаев избыточным.

Именно свойства избыточности позволяют говорить о полной автоматизации процесса сбора информации об объекте. Помимо высокой степени автоматизации, наземное лазерное сканирование обладает также следующими достоинствами по отношению к другим способам получения пространственной информации:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гриднев, Семён Олегович, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Антипов, И.Т. Математические основы пространственной аналитической фототриангуляции [Текст] / И.Т. Антипов. - М.: Картгеоцентр -Геодезиздат. - 2003. - 296 с.

2. Беляев Б.И. Практикум по математической обработке маркшейдерско-геодезических измерений: Учеб.пособие для вузов. - М.:Недра, 1989,- 316 е.: ил. - ISBN 5-247-00884-7.

3. Борщ-Компаниец В.И. Геодезия. Маркшейдерское дело: Учебник для вузов. -М.: Недра, 1989.-511 с.

4. Беспалов, Ю. И., Терещенко, Т. Ю. Б53 Лазерные маркшейдерско-геодезические измерения в строительстве /СПб ГАСУ. - СПб., 2010. - 227 с. ISBN 978-5-9227-0229-4.

5. Бурцев A.A. Инновационные технологии для автоматизации маркшейдерских работ при строительстве подземных сооружений // Геопрофи. 2011. № 7. С. 26-29.

6. Волкович Е.В. Разработка технологии получения электронных крупномасштабных планов сложных инженерных сооружений по результатам наземной лазерной съемки: автореф. дис. ... канд. техн. наук : 25.00.35. - М, 2007.

7. Гордеев В.А. Теория ошибок измерений и уравнительные вычисления. 2002. -438 с.

8. Голубко Б.П., Яковлев В.Н. Маркшейдерские работы при разработке месторождений подземным способом. 2004. - 105 с.

9. Гальянов A.B. Математическая обработка результатов измерений. Часть 1. 2007 г. - 107 с.

Ю.Гриднев С.О Профилирование, ориентирование и передача высотной отметки в вертикальных и наклонных стволах с помощью наземной сканирующей системы. Журнал «Маркшейдерский вестник» №5 2009г.

П.Гриднев С.О., Охотин A.JI., Волохов A.B. «Способ соединительной съёмки» патент РФ № 2011106487/03.

12.Гриднев С.О., Охотин А. Д., Анализ погрешностей ориентирно-соединительной съемки выполненной лазерной сканирующей системой//Вестник ИрГТУ. 2013. № 9 (80). С. 123-132.

1 З.Данилин, И.М. Лазерная локация земли и леса [Текст]: учеб. пособие / И.М. Данилин, Е.М. Медведев, С.Р. Мельников. - Красноярск: Ин-т леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 2005. - 182 с.

14.Журкин И.Г., Волкович Е.В. Факторы, влияющие на точность измерений лазерного локатора // Материалы X международной научно-практической конференции «Методы дистанционного зондирования и ГИС-технологий для оценки состояния окружающей среды, инвентаризации земель и объектов недвижимости - Китай, 2006 - с. 21-26.

15.А.В.Загибалов., А.Л. Охотин «Математический анализ точности маркшейдерских работ»., ИрГТУ 2005г.

16.Инструкции по производству маркшейдерских работ (РД 07 - 603 - 03). Серия 07. Выпуск 15 / Колл. Авт. - М.: ФГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2004. - 120 с.

17.Комиссаров, Д.В. Априорная оценка точности результатов наземного лазерного сканирования для топографической съемки [Текст] / Д.В. Комиссаров, A.B. Середович // ГЕО-Сибирь-2007. Т. 1. Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия. Ч. 2: сб. матер. III Междунар. научн. конгресса «ГЕО-Сибирь», 25-27 апреля 2007 г., Новосибирск. -Новосибирск: СГГА, 2007. - С. 134-137.

18.Кочетов, Ф.Г. Автоматизированные системы для геодезических измерений [Текст] / Ф.Г. Кочетов. - М.: Недра, 1991. - 207 е.: ил.

19.Канашин Н.В. Съемка железнодорожных станций методом лазерного сканирования // Путь и путевое хозяйство. 2008. № 7. С. 15-16.

20.Лобанов, А.Н. Фотограмметрия [Текст]: учебник для вузов / А.Н. Лобанов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1984. - 552 с.

21.Медведев Е.М., Данилин И.М., Мельников С.Р. Лазерная локация земли и леса: Учебное пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Геолидар, Геокосмос; Красноярск: Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 2007. - 229 е.: илл. -ISBN 5-903055-09-5.

22.Медведев Е.М. Прикладная лазерная локация / Медведев Е.М., Науменко А.И., Данилин И.М. г.Красноярск, Красноярский Сибирский Федеральный Университет, 2009, - 323 с.

23-Носов В.К. Технология лазерно-сканирующей съемки подземных и наземных объектов/ В. Н. Гусев, Е. М. Волохов, В.А. Голованов, В.К. Носов, М.Ю. Васильев // Состояние и перспективы развития маркшейдерского дела. Материалы международной научно-практической конференции, 8-10 ноября 2010г., Екатеринбург, УГГУ, 2011г., стр. 41-47.

24.Носов В.К. Методика оценки состояния гидротехнических тоннелей по данным лазерно-сканирующей съемки / В. Н. Гусев, Е. М. Волохов, В.А. Голованов, И.П. Иванов, В.К. Носов, М.Ю. Васильев, П.И. Юшманов // Записки Горного института, СПб, том 190, 2011г., стр. 267-273

25.Носов В.К. О влиянии местоположения марок внешнего ориентирования на точность лазерно-сканирующей съемки / В.Н. Гусев, М.Г. Выстрчил, М.Ю. Васильев, А.Ф. Шахин, В.К. Носов // Маркшейдерский вестник, СПб, № 5, 2011.. стр. 26-29.

26.Попов В.Н., Чекалин С.И. Геодезия: Учебник для вузов.- М.: «Мир горной книги», Издательство Московского государственного универсистета, издательство «Горная книга», 2007.- 722 е.: ил.- ISBN 978-5-91003-028-6, ISBN 978-5-7418-0502-2, ISBN 978-5-98672-078-4.

27.Середович В.А. Наземное лазерное сканирование: монография / В.А. Середович, A.B. Комиссаров, Д.В. Комиссаров, Т.А. Широкова. -Новосибирск: СГГА, 2009. - 261 с. - ISBN 978-5-87693-336-2

28.Снетков В.И. Теоретические основы и практические способы передачи высотной отметки с поверхности в шахту с помощью светодальномеров / В.И. Снетков // Маркшейдерский вестник. - 2004. - №3. - С.42-45

29.Тишкин В.О. Методика сборки и обработки данных, полученных в процессе 30-сканирования // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2011. № 1(71). С. 87-93.

30.Ушаков И.Н. Маркшейдерское дело: Учеб. для вузов. - В двух частях / Под ред. И.Н. Ушакова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1989. - Часть 1 / И.Н. Ушаков, Д.А. Казаковский, Г.А. Кротов и др. - 311 е.: ил. - ISBN 5247-01799-4.

31.Ушаков И.Н. Маркшейдерское дело: Учеб. для вузов. - В двух частях / Под ред. И.Н. Ушакова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1989. - Часть 2 / А.Н. Белоликов, В.Н. Земисев, Г.А. Кротов и др. - 437 е.: ил. ISBN - 5-24701800-1.

32.Шпаков П.С., Попов В.Н. Статистическая обработка экспериментальных данных. Учебное пособие. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003.-268 е.: ил. - ISBN 5-74180275-3.

ЗЗ-Boehler и др. Анализ точности лазерных сканирующих систем [Электронный ресурс] / W. Докл. на XIX симп. CIPA, Анталия, Турция 30 сент. - 4 окт. 2003.: сайт фирмы Г.Ф.К. Режим доступа: http://www.gfk-leica.ru /scan/testir.htm№61. - С. 146-149.

34.S10/S25 high accuracy scanner [Электронный ресурс]: сайт Mensi. Режим доступа: http://www.mensi.com/Website2002/Specs/ SSeries.pdf

35.Laser mirror scanner LMS-Z420 technical documentation and users instructions [Текст]. - Riegl Austria, 2006.

36.Comparison of digital photogrammetry and laser scanning [Текст] / D. Lichti и др. // Proc. of the CIPA WG6 Int. Workshop on scanning for cultural heritage recording, 2002.

37.Cyclone CloudWorx for AutoCAD & Bentley CloudWorx [Электронный ресурс]: сайт компании Leica Geosystems AG. - Режим доступа: http://www.leica-geosvstems.com /hds/en/lgs_6517.htm

38.Cyclone CloudWorx 3.2 - for AUTOCAD CloudWorx [Электронный ресурс]: сайт компании Leica Geosystems AG. - Режим доступа: http://www.leicageosvstems.com/hds/en / CloudWorx_3.2_DataSheets.pdf

39.Cyclone 5.4 3D Point Cloud Processing Software [Электронный ресурс]: сайт компании Leica Geosystems AG. - Режим доступа: http:// www.leicageosvstems.com/ hds/en/lgs_6515 .htm

40.Cyclone 5.4 - MODEL, SURVEY [Электронный ресурс]: сайт компании Leica Geosystems AG. - Режим доступа: http://www.leica-geosystems.com //hds/en/Cyclone_5.4_Model_Serv.pdf

41.Crassidis, J.L. Sigma-point kalman filtering for integrated gps and inertial navigation [Electronic resource] / J.L. Crassidis. - 2005. - 24 p. - Англ. - Режим доступа http://www.acsu.buffalo.edu / %7ejohnc/gpsins_gnc05.pdf

42.Development of rotation scanner, testing of laser scanners [Текст] / В. Koska и др. // INGEO 2004 and Regional Central and Eastern European Conference on Engineering Surveying, Bratislava, Slovakia, Novermber 11-13, 2004.

43.HDS3000 3D laser scanner [Электронный ресурс]: сайт Leica Geosystems HDS Inc. Режим доступа: http://www.cvra.com products/HDS3000_specs.html

44.Laser mirror scanner LMS-Z360 technical documentation and users instructions [Текст]. - Riegl Austria, 2004.

45.Milev, I. Feature line extraction in laser scanning data [Текст] / I. Milev, L. Gruendig // ГЕО-Сибирь-2006. Т. 1. Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия. Ч. 1: сб. материалов междунар. науч. конгресса. «ГЕО-Сибирь-2006», 24-28 апр. 2006 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2006.-С. 12-19

46.Operating & Preprocessing Software RiSCAN PRO for Riegl 3D Laser Scanners [Электронный ресурс]: сайт компании Riegl Laser measurement systems. -

Режим доступа: http://www.riegl.com /terrestrial_ scanners/lmsz420i_/ 420i_all.htm

47.Roth, S. Application of robust, high-accuracy positioning for autonomous ground vehicles [Электронный ресурс] / S. Roth, S. Singh. - 2004. - 12 p. - Англ. -Режим доступа: http://www.frc.ri .cmu.edu / %7essingh/pubs/auvsi04.pdf

48.Riieger, J.M. High accuracy in short JSS missions [Текст] / J.M. Rueger // Bulletin geodesique. - 1986. - Vol. 60, № 2. - PP. 19-27.

49.Schlenker, G. Laser Safety [Электронный ресурс]: сайт the University of Kentucky. Режим доступа: http://ehs.uky.edu /radiation/ laser_fs.html

50.Ullrich, A. Using hybrid multi-station adjustment for an integrated camera laserscanner system [Текст] / A. Ullrich, R. Schwarz, H. Kager // Procs. 6th Conference on Optical 3-D Measurement Techniques, PP. 298-305, Zurich, Switzerland, September 22-25, 2003.

51.Wust, T. Applying the 3d gis dilas to Archaeology and Cultural Heritage Projects - Requirements and First Results [Текст] / Т. Wiist, S. Nebiker, R. Landolt. -Basel University of Applied Sciences (FHBB), Switzerland. - англ.

52.Zamechikova, M. Testing of terrestrial laser systems [Текст] / M. Zamechikova, A. Kopacik // INGEO 2004 and Regional Central and Eastern European Conference on Engineering Surveying, Bratislava, Slovakia, Novermber 11-13, 2004.