авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Разработка методики лазерно-сканирующей съемки крепи вытянутых подземных горных выработок (на примере гидротехнических тоннелей зеленчукской гаэс)

-- [ Страница 2 ] --

Исследования проводились на базе моделирования измерительных процессов по определению местоположения лазерного сканера. Расположение сканера и марок внешнего ориентирования моделировалось в программной среде AutoCAD, в которой создавались различные модели взаимного расположения сканера и марок. С этих моделей брались исходные данные, используемые для расчётов погрешности определения положения сканера: наклонные расстояния от сканера до марок, пространственные координаты марок и сканера, угол между марками относительно сканера.

При моделировании изменялись следующие параметры:

-расстояния от сканера до марок от 5 до 50 метров;

-расстояния между марками от 1 до 4 метров;

-превышение между марками, через задание их высотных отметок: h=001 – превышение одной марки над другими двумя и h=013 - превышение между всеми тремя марками (здесь цифрами указано высотное положение трёх марок, м).

Схема моделирования показана на рис. 3, где точки 1,2,3 - марки внешнего ориентирования; точка О - лазерно-сканирующая система; X1,Y1,Z1- координаты первой марки; X2,Y2,Z2- координаты второй марки; X3,Y3,Z3- координаты третьей марки; L1,L2,L3- наклонные расстояния от сканера до марок; l1,l2- расстояния между марками.

Точки 1,2,3, лежат на окружности радиусом R, проведенной из точки О. Радиус R равен горизонтальному расстоянию между сканером и марками внешнего ориентирования L.

В качестве математической модели определения положения лазерного сканера в пространственной прямоугольной системе координат OXYZ была использована пространственная линейная засечка, согласно которой положение вставляемого пункта можно определить по трём наклонным дальностям (L1, L2, L3), измеренным соответственно между вставляемым и тремя исходными пунктами (рис. 3).

Наиболее близко процедуре определения координат лазерного сканера отвечает алгоритм вычисления пространственной линейной засечки, предложенный В.А. Падве. Использование именно этого алгоритма обусловлено тем, что при исследовании вопроса точности регистрации («сшивки») сканов, либо во внешней системе координат, либо в системе координат одного из сканов используются координаты марок внешнего ориентирования (как минимум трёх) и наклонные расстояния для определения координат лазерного сканера, с последующим пересчётом, используя измеренные сканером горизонтальные, вертикальные углы и наклонные расстояния, точек лазерных отражений «сшиваемого» скана во внешнюю систему координат. Погрешности определения координат лазерного сканера в этом случае определяются как средние квадратические погрешности соответствующих функций определения координат алгоритма засечки В.А. Падве.

По результатам моделирования были построены графики зависимости общей ошибки от расстояния между марками и прибором для четырех различных расстояний между марками (l), которые для случая превышения одной марки над другими двумя (h=001) приведены на рис. 4, а для случая превышения между всеми тремя марками (h=013) - на рис. 5.

Исходя из полученных данных, можно сделать вывод- зависимость погрешности положения лазерного сканера от расстояния до марок имеет линейный вид. При этом отличие зависимости ошибки при различных расстояниях между марками несущественно для всех случаев, не считая варианта, где l=1 метр и h=013. Применение на практике съёмочных работ такой геометрии расстановки марок следует избегать. При линейной аппроксимации всех данных общая зависимость выражена формулой:

(4)

где Mобщ - общая ошибка определения координат сканера; L- расстояние от сканера до марок внешнего ориентирования.

В таблице 1, исходя из этой зависимости (4), получены примерные значения погрешности для различных расстояний от сканера до марок внешнего ориентирования для условий тоннеля.

Таблица 1

L 5 10 20 30 40 50
Mобщ 0.02 0.047 0.101 0.154 0.208 0.262

При отклонении марок от прямой линии за счёт одной марки (вариант h=001 на рис.6) точность определения плановых координат лазерного сканера выше, чем при отклонении от прямой линии за счёт двух марок (h=013 на рис.7). В обоих случаях, точность определения плановых координат лазерного сканера тем выше, чем ближе к сканеру расположены марки внешнего ориентирования.

С учетом полученных закономерностей была разработана оптимальная схема лазерно-сканирующей съемки, учитывающая влияние на погрешность регистрации сканов геометрических параметров расположения марок внешнего ориентирования и оптимальную дальность сканирования, зависящую от параметров тоннеля.

При съёмке горной выработки путём прокладки лазерно-сканирующего хода марки внешнего ориентирования на первой станции хода следует располагать в проекции на горизонтальную плоскость по две в 5 м и по две в 25 м с обеих сторон от лазерного сканера (рис. 8). После съёмки на этой станции прибор переносят и устанавливают в 5 м от крайних марок первой установки сканера, переносят марки, которые на первой станции являлись «задними» и устанавливают их с другой стороны прибора по схеме: две марки в 5 м от сканера и две – в 25 м, воспроизводя схему расположения марок первой станции. Делается съёмка на этой станции, по завершению которой повторяют действия по переносу и установке прибора и марок, съёмке с вновь организованной станции и так далее вдоль снимаемой горной выработки. При этом, превышение между проекциями марок на вертикальную плоскость, расположенных в 5 м относительно расположенных в 25 м должно быть 1.5  2.0 м.

Для предложенной схемы лазерно-сканирующего хода был выполнен анализ влияния положения марок внешнего ориентирования на погрешность положения сканера и соответственно на погрешность регистрации сканов. При моделировании крайние марки находились по бокам тоннеля на расстоянии 25 м от лазерного сканера, а положение центральной марки изменялось по высоте от 0 до 2.0 м и расстоянию до сканера от 0.5 до 45 м. Схема моделирования представлена на рис. 9, где L- расстояние центральной марки до сканера, l- расстояние между марками.

 На рис. 10 представлен график зависимости погрешности положения лазерного-14

На рис. 10 представлен график зависимости погрешности положения лазерного сканера от расстояния до перемещаемой марки при условии расположения марок внешнего ориентирования друг относительно друга на одной линии в плоскости перпендикулярной оси тоннеля, то есть превышение между ними было 0 м. В этом случае значительную часть общей ошибки составляет погрешность по высоте, так для расстояния до центральной марки в 5 метров высотная ошибка равна 292 мм, а плановая - 17 мм, при расстоянии до центральной марки 24,9 м высотная ошибка составила 8,2 м, а плановая – 1.0 м. При расстоянии до центральной марки 25 м, то есть условие, когда в горизонтальной и вертикальной плоскостях марки лежат на одной линии, задача засечки не имеет решения. Полученные результаты еще раз говорят о недопустимости расположения марок на одной прямой в проекции на плоскость перпендикулярную оси тоннеля даже при большом расстоянии между марками в плоскости параллельной оси тоннеля.

 На рис. 11 представлен график зависимости погрешности положения сканера от-15

На рис. 11 представлен график зависимости погрешности положения сканера от расстояния между ним и марками внешнего ориентирования для условий тоннеля диаметром 6 метров. Центральная марка расположена ниже боковых марок на 3 метра и расстояние от неё до сканера варьируется от 0.5 до 45 метров. Зависимость общей ошибки от расстояния имеет практически линейный вид, а значение плановой и высотной ошибки изменяется в зависимости от положения центральной марки относительно боковых марок. Из графика следует, что при расположении центральной марки в промежутке между сканером и боковыми марками, общая ошибка состоит в большей степени из плановой погрешности, а при расположении центральной марки за боковыми марками, плановая ошибка не изменяется и увеличение общей ошибки происходит за счет высотной составляющей.

Также были рассмотрены два варианта, где изменяется только расстояние между боковыми марками (рис. 12) и, где изменяется высота центральной марки (рис. 13). Исследование показало, что при изменении расстояния между боковыми марками высотная ошибка не изменяется, а изменение общей ошибки происходит за счет изменения плановой составляющей. Противоположная закономерность наблюдается во втором случае, где изменяется только высота центральной марки, - плановая ошибка остается неизменной, а общая ошибка зависит только от высотной погрешности. Из этого следует, что плановая погрешность регистрации скана в единую систему для условий тоннеля зависит от расстояния между марками в проекции на горизонтальную плоскость, а высотная погрешность регистрации зависит от превышения между марками.

На рис. 14 представлен график зависимости ошибки регистрации скана от диаметра тоннеля для параметров предложенного лазерно-сканирующего хода. Из графика видно, что общая ошибка в большей степени зависит от плановой погрешности и имеет степенной характер, выражающейся функцией вида  m = kDa, где m- общая погрешность регистрации скана, D- диаметр тоннеля.

m = 0.07D0.96 (5)

При анализе зависимостей, представленных на графиках 12, 13 и 14, можно сделать вывод о том, что общая погрешность регистрации скана в большей степени зависит от плановой ошибки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи по разработке методики съемки, моделирования и деформационной оценки тоннелей и подземных горных выработок на базе лазерно-сканирующих технологий.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

- рассмотрена возможность применения технологии лазерно-сканирующих систем для сканирования подземных горных выработок;

- выполнены исследования влияния геометрического положения марок внешнего ориентирования на регистрацию сканов, на основе которых даны рекомендации по расположению марок при проведении лазерно-сканирующей съемки;

- установлены аналитические зависимости снижения плотности сканирования с увеличением расстояния от лазерно-сканирующей системы, на основании которых выведена формула оптимальной дальности сканирования;

- разработана методика проведения лазерно-сканирующих съёмок подземных горных выработок с учетом оптимального положения марок внешнего ориентирования и оптимальной дальности сканирования;

- разработана методика создания трехмерных моделей объектов вытянутых подземных горных выработок по данным наземного лазерного сканирования и оценки деформационного состояния крепи по цифровой трехмерной модели выработки;

Основные результаты диссертации изложены в статьях:

1) Носов В.К. Применение лазерно-сканирующих систем при крупномасштабной топографической съемке в городских условиях / В.Н. Гусев, А.Ф. Шахин, В.К Носов. // Маркшейдерский вестник, СПб, № 4, 2011.. стр. 32-35

2) 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.

3) 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.

4) 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.



Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.