Đánh giá độ chính xác đo chiều dài bằng thiết bị laser TS-02 trong mỏ hầm lò
Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 58, Kỳ 4 (2017) 51-55
51
Đánh giá độ chính xác đo chiều dài bằng thiết bị laser TS-02
trong mỏ hầm lò
Võ Ngọc Dũng 1,* Nguyễn Viết Nghĩa 1, Lê Đức Tình 1, Đinh Công Hòa 1
,
THÔNG TIN BÀI BÁO
TÓM TẮT
Quá trình:
Trong hầu hết các nội dung đo vẽ trong hầm lò, bao gồm: thành lập lưới
khống chế hầm lò, đo chi tiết hầm lò, đo cập nhật khối lượng khai thác, đo vẽ
buồng khai thác, đo cao lượng giác v.v... Công tác đo chiều dài là nhiệm vụ
chủ yếu và quan trọng, chiếm nhiều thời gian và công sức. Trong những năm
gần đây, công nghệ đo chiều dài bằng laser đã và đang được áp dụng trong
các mỏ hầm lò. Bài báo giới thiệu kết quả đánh giá độ chính xác đo chiều dài
bằng máy toàn đạc điện tử TS-02 sử dụng bằng chương trình đo không
gương tới các vật liệu khác nhau trong mỏ hầm lò.
Nhận bài 15/3/2017
Chấp nhận 21/6/2017
Đăng online 31/8/2017
Từ khóa:
Mỏ hầm lò
Độ chính xác đo chiều dài
Thiết bị laser
Mỏ Khe Chàm
© 2017 Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Tất cả các quyền được bảo đảm.
nâng cao năng suất, giảm thời gian và công sức đặc
biệt là nâng cao an toàn lao động khi mà có thể đo
1. Mở đầu
Trắc địa mỏ hầm lò thực hiện trong điều kiện
khó khăn, phức tạp, thiếu ánh sáng, nhiều vị trí
không thể tiếp cận được. Nội dung đo chiều dài
trong trắc địa mỏ hầm lò chiếm khối lượng lớn,
nhiều phép đo đòi hỏi độ chính xác cao (Võ Chí Mỹ,
2016; Võ Chí Mỹ, Mieczyslaw Jozwik, 2014).
Trong hầm lò, đo chiều dài được ứng dụng trong
các nội dung: Thành lập lưới khống chế hầm lò, đo
chi tiết hầm lò, đo cập nhật khối lượng khai thác,
đo vẽ buồng khai thác, đo cao lượng giác v.v... Gần
đây, phương pháp đo chiều dài bằng laser đã và
đang bắt đầu được ứng dụng trong hầm lò
(Nguyễn Bá Dũng, 2001; Võ Chí Mỹ, 2016). Nhờ
vào ưu điểm của chùm tia laser có công suất lớn,
khả năng đo không gương của thiết bị laser đã
chiều dài đến các điểm khó hoặc không tiếp cận
được (Võ Ngọc Dũng, 2010; Bùi Thanh Lan và nnk,
2005). Tuy vậy, điều kiện và môi trường trong
hầm lò như độ ẩm, nhiệt độ, bụi mỏ và đặc biệt, các
đối tượng phản xạ trong mỏ hầm lò lại khác nhau
cũng sẽ cho độ chính xác kết quả đo chiều dài khác
nhau (Bùi Thanh Lan và nnk, 2005). Việc nghiên
cứu các thiết bị laser để hoàn thiện các phương
pháp đo chiều dài trong hầm lò là hết sức cần thiết.
Trên thế giới, các thiết bị laser đã được ứng
dụng nhiều trong công tác trắc địa mỏ hầm lò
(Paleček. V., Kubíček. P., 2016; Gordon, S., Lichti,
D., Franke, J. and Stewart, M., 2004; Pfeifer, N.,
Gorte, B. and Winterhalder, D., 2004; Paulo C.L.
Krelling, Higinio González-Jorge, Joaquín
Martínez-Sanchez, Pedro Arias., 2012), các kết
quả nghiên cứu trên đã khẳng định những lợi ích
cũng như hiệu quả và độ chính xác khi sử dụng
_____________________
*Tác giả liên hệ
E-mail: vongocdungmdc@gmail.com
52
Võ Ngọc Dũng và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58 (4), 51-55
thiết bị laser (J. W. van der Merwe, D. C. Andersen.,
2012).
tính bằng công thức: (1, 2) (Hoàng Ngọc Hà &
Trương Quang Hiếu, 2003):
n
Trong nội dung nghiên cứu này, tác giả tập
trung đánh giá độ chính xác của kết quả đo chiều
dài trong mỏ hầm lò Việt Nam trong đó lưu ý tới
các đối tượng phản xạ khác nhau.
MLS
Trong đó:
(2)
MHN - Sai số trung phương đo chiều dài bằng
hồng ngoại, MLS - Sai số trung phương đo chiều dài
bằng laser;∆ - Sai số thực chiều dài chuẩnvà chiều
dài laser. ∆ Sai số thực chiều dài chuẩn và chiều
dài hồng ngoại.
2. Đánh giá độ chính xác đo chiều dài laser
trong mỏ hầm lò
Thông thường, trong các mỏ hầm lò Việt Nam,
các chiều dài cần phải đo nằm trong khoảng 50m
(cạnh lưới khống chế) cho đến ngắn nhất là 3-5m
(đo cập nhật hình lò). Vì vậy, cần phải khảo
nghiệm khả năng và độ chính xác của máy đối với
các khoảng cách trên. Để kiểm tra độ chính xác đo
chiều dài laser của máy TS-02, bố trí 11 đoạn kiểm
định như (Hình 1). Khoảng cách từ điểm chuẩn
đến các điểm được đo bằng thước thép 3 lần. Giá trị
trung bình được thể hiện trong (Bảng 1).
Bảng 1. Kết quả đo chiều dài mẫu phục vụ kiểm
định chương trình của máy.
Ký
hiệu
0
D1(m)
5,456
D2(m)
5,456
D3(m)
5,456
Dtb(m)
5,456
1
2
3
4
5
6
7
8
10.455 10.455 10.455 10.455
15,454 15,453 15,455 15,454
20,455 20,454 20,456 20,455
25,455 25,455 25,456 25,455
30,455 30,454 30,457 30,455
35,759 35,759 35,759 35,759
40,940 40,942 40,940 40,941
45,118 45,116 45,117 45,117
50,296 50,294 50,295 50,295
55,457 55,456 55,455 55,456
Máy toàn đạc TS-02 có thể đo chiều dài bằng
chươngtrình dùng gương (hồng ngoại) và chương
trình đo không dùng gương (laser), máy TS-02 có
khả năng tính chuyển từ chiều dài nghiêng sang
chiều dài bằng, rất thuận tiện cho việc đo chiều dài
cạnh trong hầm lò. Chương trình nghiên cứu đã
tiến hành thử nghiệm cho khoảng cách đến 50 m
là khoảng cách tối đa thường gặp trong mỏ hầm lò
Việt Nam. Máy TS-02 được đặt tại điểm C lần lượt
đo đến các điểm kiểm định sử dụng bảng ngắm
gắn trên đế máy định tâm quang học tại các điểm
kiểm tra (Hình 3). Mỗi chiều dài được tiến hành
đo 10 lần (Kết quả thể hiện Bảng 2).
9
10
Bảng 2. Kết quả đo và sai thực theo phương
pháp đo chiều dài không gương (laser), hồng
ngoại bằng máy toàn đạc điện tử TS-02
Phương pháp đo Phương pháp đo
Sai số
thực đo
hồng
ngoại
Số
lần
đo
Sai số
DChuẩn
(m)
Trị đo thực đo Trị đo
Độ chính xác trị đo chiều dài đo nhiều lần một
trị đo được tính theo công thức (1) Becxen (Hoàng
Ngọc Hà & Trương Quang Hiếu, 2003):
(m)
laser
(mm)
(m)
(mm)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
55,456 55,453
55,456 55,453
55,456 55,453
55,456 55,452
55,456 55,452
55,456 55,452
55,456 55,452
55,456 55,452
55,456 55,452
3
3
3
4
4
4
4
4
4
5
55,453
55,453
55,453
55,453
55,453
55,452
55,452
55,452
55,452
55,452
3
3
3
3
3
4
4
4
4
4
vv
n1
(1)
mO
mo - Sai số trung phương đo chiều dài; v - Số
hiệu chỉnh chiều dài; n - Số lần đo (quá trình thực
nghiệm đã lấy n = 10).
Trong trường hợp này đo thực nghiệm chiều
dài bằng thước thép là chiều dài chuẩn là 55,456,
(m) để đánh giá độ chính xác với với chiều dài đo
laser, chiều dài đo hồng ngoại ta sử dụng công
thức sai số trung phương theo sai số thực, được
10 55,456 55,451
C
0
1
2
4
6
7
10
3
5
8
9
Hình 1. Sơ đồ bố trí các điểm chuẩn kiểm định.
Võ Ngọc Dũng và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58 (4), 51-55
53
3. Ảnh hưởng của đối tượng phản xạ đến độ
chính xác chiều dài laser trong mỏ hầm lò.
Do tính chất đặc thù trong mỏ hầm lò, chiều dài
có thể được đo đến nhiều vật thể khác nhau như:
than, đất đá, gỗ, gạch, sắt v.v... Bề mặt các chất liệu
không đồng nhất sẽ ảnh hưởng đến độ phản xạ khi
đo chiều dài không dùng gương.
Chương trình nghiên cứu đã tiến hành đo thực
nghiệm chiều dài đến các chất liệu khác nhau với
độ nhẵn, ráp của bề mặt khác nhau, nhằm kiểm
định độ chính xác đo chiều dài không gương đến
các vật thể thường gặp trong điều kiện hầm lò Việt
Nam vật liệu đo được đặt trong bẳng ngắm
(Hình 3).
Hình 2: Biểu đồ so sánh kết quả đo khoảng cách
các chế độ đo khác nhau trong đường lò ở mỏ.
Mặt khác, kết quả khảo sát tại các mỏ hầm lò
thuộc bể than Quảng Ninh nói chung và trong mỏ
Khe Chàm nói riêng cho thấy rằng: Hầu hết các
đường lò đều ngập nước, bùn lầy. Lượng nước
chảy từ nóc lò khá lớn gây ra hiện tượng ẩm ướt
thường xuyên. Vì vậy, bên cạnh các mục tiêu khô,
đã tiến hành đo thực nghiệm khảo sát khả năng đo
đến các vật thể ẩm ướt. Ba khoảng cách đã được
chọn để đo: 10,45m, 35,60m, 55,46m mỗi khoảng
cách được đo hai lần và được thể hiện ở (Bảng 3).
Khi đo thực nghiệm, chương trình đo không
gương bằng máy toàn đạc điện tử TS-02 được đặt
ở điểm C (Hình 1). Các vật liệu thí nghiệm đặt tại
các điểm 1, 6, 10, các vật liệu được đặt sao cho bề
mặt của chúng trung với trục đứng đi qua tâm
điểm, hoặc đặt các bề mặt vật liệu trùng với mặt
ngoài của đế máy, biết khoảng cách từ cạnh đế
máy đến tâm của nó, có thể tính được chiều dài
cạnh đo. Bằng phương pháp nhích dần vật liệu cho
đến khi máy không thực hiện phép đo, ta xác định
được chiều dài tối đa máy toàn đạc điện tử TS02
có thể đo được bằng chương trình đo không
gương trong hầm lò (Kết quả thể hiện Bảng 4).
Hình 3. Bảng ngắm được thiết kế dùng cho đo
laser với các vật liệu khác nhau trong hầm lò.
Giá trị sai số trung phương chiều dài đo bằng
laser tính theo công thức 3: (Hoàng Ngọc Hà &
Trương Quang Hiếu, 2003):
n
(3)
MLS
= 3,965 (mm)
Trong đó:
MLS - Sai số trung phương đo chiều dài bằng
laser; ∆ - Sai số thực chiều dài chuẩn và chiều dài
laser.
4. Kết luận
Giá trị sai số trung phương chiều dài bằng hồng
ngoại tính theo công thức 4: (Hoàng Ngọc Hà &
Trương Quang Hiếu, 2003):
Trong hầm lò, đo chiều dài được ứng dụng
trong các nội dung: thành lập lưới khống chế hầm
lò, đo chi tiết hầm lò, đo cập nhật khối lượng khai
thác, đo vẽ buồng khai thác, đo cao lượng giác,...
việc nghiên cứu và hoàn thiện khả năng ứng dụng
các thiết bị laser để tiến hành đo không gương
trong hầm lò là cần thiết. Tuy vậy, điều kiện và môi
trường đo trong hầm lò rất khó khăn, tác động
trực tiếp hoặc gián tiếp đến độ chính xác kết quả
đo chiều dài không gương.
n
MHN
= 3,754 (mm)
(4)
Trong đó:
MHN - Sai số trung phương đo chiều dài bằng
hồng ngoại,
∆ Sai số thực chiều dài chuẩn và chiều dài hồng
ngoại.
54
Võ Ngọc Dũng và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58 (4), 51-55
Bảng 3. Khảo sát khả năng đo chiều dài của máy TS-02 với các vật liệu đất đá mỏ hầm lò.
Chiều dài
D2 [m]
10,455
35,761
55,456
10,455
35,761
55,456
10,455
35,760
55,457
10,455
35,761
55,456
10,455
35,760
55,457
10,455
35,761
55,456
10,455
35,760
55,457
10,455
35,761
55,456
Ký hiệu
điểm
Loại vật liệu
DTB [m]
D1 [m]
10,456
35,759
55,458
10,456
35,759
55,458
10,455
35,760
55,457
10,456
35,759
55,458
10,455
35,760
55,457
10,456
35,759
55,458
10,455
35,760
55,457
10,456
35,759
55,458
D3 [m]
10,454
35,760
55,457
1
6
10
1
6
10
1
6
10
1
6
10
1
6
10
1
6
10
1
6
10,455
35,760
55,457
10,455
35,760
55,457
10,455
35,760
55,457
10,455
35,760
55,457
10,455
35,760
55,457
10,455
35,760
55,457
10,455
35,760
55,457
10,455
35,760
55,457
Đá mỏ khô, bề mặt sần
sùi
10,454
35,760
55,457
Đá mỏ ướt, bề mặt sần
sùi
10,456
35,761
55,458
Đá mỏ khô, bề mặt nhẵn
Đá mỏ ướt, bề mặt nhẵn
Than đá khô
10,454
35,760
55,457
10,454
35,759
55,458
10,455
35,761
55,457
Than đá ướt
10,454
35,761
55,457
Gạch khô
10
1
6
10,454
35,760
55,457
Gạch ướt
10
Bảng 4. Khoảng cách tối đa đối với đất đá mỏ khác nhau khi đo máy toàn đạc điện tử bằng chương trình
đo laser không gương (đơn vị đo trong hệ SI).
Loại vật liệu
Khô
Ướt
Khoảng cách lớn nhất Dmax [m]
Khoảng cách lớn nhất Dmax [m]
Than đá
Đá mỏ bề mặt nhẵn
Đá mỏ bề mặt sần sùi
Gạch
243,952
243,978
243,976
244,200
243,403
243,780
243,731
243,941
Bề mặt vật liệu đất đá mỏ ảnh hưởng không
đáng kể đến độ chính xác và khoảng cách đo. Độ
ẩm vật liệu và hơi nước làm giảm đáng kể chiều
dài tối đa. Vật liệu than đá có tầm khoảng cách
ngắn nhất. Điều này có thể giải thích là màu than
đen và bề mặt phủ bụi đã hấp thụ một phần năng
lượng của laser. Các vật liệu xây dựng bằng gạch
trong mỏ có bề mặt nhẵn cho khả năng phản xạ tốt
nhất trong các vật liệu thường gặp trong mỏ, cho
khoảng cách đo lớn nhất.
Tài liệu tham khảo
Nguyễn Bá Dũng, 2001. Đánh giá khả năng ứng
dụng kỹ thuật laser trong công tác trắc địa
mỏ. Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Mỏ-Địa
chất.
Võ Ngọc Dũng, 2010, Ứng dụng phương pháp đo
khoảng cách không gương bằng thiết bị laser
trong công tác trắc địa mỏ hầm lò, Luận văn
thạc sĩ, Trường Đại học Mỏ-Địa chất.
Võ Ngọc Dũng và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58 (4), 51-55
55
Hoàng Ngọc Hà, & Trương Quang Hiếu, 2003. Cơ
sở toán học xử lý số liệu trắc địa. Nhà xuất
bản Giao thông vận tải.
Pfeifer, N., Gorte, B. and Winterhalder, D., 2004.
Automatic reconstruction of single trees
from terrestrial laser scanner data. In: ISPRS,
Vol. XXXV , Istanbul, Turkey
Bùi Thanh Lan, Võ Chí Mỹ, Chu Đình Thuý 2005.
Tình hình nghiên cứu và ứng dụng laser định
hướng định vị trong ngành mỏ. Tạp chí Công
nghiệp mỏ số 4, Hà Nội.
Paleček. V., Kubíček. P., 2016. Multiparameter
correction intensity of terrestrial laser
scanning data as an input for rock surface
modelling. The International Archives of the
Photogrammetry, Remote Sensing and
Spatial Information Sciences, Volume XLI-B3,
2016 XXIII ISPRS Congress, 12–19 July 2016,
Prague, Czech Republic
Brinker, R. C., & Minnick, R., 1987. The Surveying
handbook / edited by Russell C. Brinker, Roy
Minnick. New York: New York : Van Nostrand
Reinhold.
Võ Chí Mỹ, 2016. Trắc địa mỏ, Nhà xuất bản
Khoa học tự nhiên và công nghệ, Hà Nội.
Paulo C.L. Krelling, Higinio González-Jorge,
Joaquín Martínez-Sanchez, Pedro Arias.,
2012. Accuracy in target center evaluation
using Riegl LMS Z390i laser scanner and
Riscan Pro software. Optica Applicata, Vol.
XLII, No. 4, 2012. DOI: 10.5277/oa120409.
Võ Chí Mỹ, Mieczyslaw Jozwik, 2014.
Application of laser technology in
underground mines, Proceeding of Poland-
Vietnam scientific conference, Cracow.
Gordon, S., Lichti, D., Franke, J. and Stewart, M.,
Van der Merwe. J.W., Andersen. D.C., 2012.
Applications and benefits of 3d laser
scanning for the mining industry. The
Southern African Institute of Mining and
Metallurgy. Platinum 2012, pp. 501-518
2004.
Measurement
of
structura
deformation using terrestrial laser scanners.
In: 1st FIG International Symposium on
Engineering Surveys for Construction Works
and Structural Engineering, Nottingham,
United Kingdom.
ABSTRACT
Accuracy avaluation of distance measured in underground mines by
laser equipment
Dung Ngoc Vo 1,*, Nghia Viet Nguyen 1, Tinh Duc Le 1, Hoa Cong Dinh 1
Due to the difficult and dangerous conditions in underground mines where mine surveyors have to
work in narrow spaces and complete darkness., an urgen task for mine surveying is to encourage every
possible research allowing the application of new technologies including laser equipments to replace
conventional, traditional ones. In almost of types of underground surveying, the distance measurement
is the most important task. The paper deals with method of accuracy evaluation of distance measurement
with laser total station TS-02 to different materials in underground mines.
Keywords: Underground mine, distance measurement accuracy, laser equipment, Khe Cham coal mine.
5 trang
18900
Free
Bạn đang xem tài liệu "Đánh giá độ chính xác đo chiều dài bằng thiết bị laser TS-02 trong mỏ hầm lò", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- danh_gia_do_chinh_xac_do_chieu_dai_bang_thiet_bi_laser_ts_02.pdf
