矿山测绘中三维激光扫描技术的应用

    刘汉胜

    摘 要：三维激光扫描是一种新型测绘技术，其利用GPS技术和全站仪等设备进行测绘，相对于传统测绘技术而言有更高的精准性和便利性，能够快速对矿山地质情况进行测绘，极大提升了矿山测绘工作的效率和质量。本文主要总结三维激光扫描在矿山测绘中的使用原理，并从实践应用出发，对实际测绘中使用三维激光扫描技术的应用领域与应用流程进行介绍，希望为测绘工作者提供参考。

    关键词：矿山测绘；三维激光扫描；矿物测定；应用

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.069

    1 三维激光扫描技术的原理

    三维激光扫描技术是运用快速激光扫描，实现对测量目标的持续性、全方位坐标侦测，利用该技术能够快速获取测量目标空间信息，由于测量过程持续且高速化，因此所获取的目标坐标信息量较高，其中使用GPS技术能够有效保证测量的精准性，利用海量的精准坐标信息，可以实现对测量目标物体三维模型的准确构建。

    三维激光扫描主要使用两类核心技术实现对测量目标的三维建模：一是激光测距原理，激光测距相对于人工测距而言精准度更高，其利用连续激光器或脉冲激光器发生激光，通过反激光反射进行精准测量，连续发射的激光扫描最高测程高达40km，误差不超过2mm，而且通过该技术所获取的侧面目标点位信息多，因此能够实现对测量目标模型点位信息的精准获取，不仅消除了人工测量的误差问题，也能够突破传统单点测量信息量不足的障碍，运用该技术所获取的地形模型基本与实际模型一致，所建立的模型也有更高的分辨率；二是网络信息技术和数字建模技术，该技术主要用于激光测距信息的集中处理与整合，三维激光扫描设备所获取的点位信息通过网络进行快速传输，实现集中整理，所获取信息可以直接录入数字建模软件，实现自动化建模，这能够大幅提升矿山建模效率，同时数字建模技术能够根据数码照片等进行模型数据的形象展示，更好的判断矿藏位置、矿藏深度等信息，这能够对未来矿产采集工作的规划与安排提供了更有效的参考信息。

    2 三维激光扫描技术的特点及其在矿山测绘中的应用优势

    三维激光扫描技术相对于传统测绘中的扫描技术而言主要有三个突出特点：

    其一，高效性，通过三维激光扫描技术获取单点位信息的速度极快快，耗时仅需几毫秒，而且三维激光扫描技术的实施环境要求不高、有效测量距离较长，测量前的准备工作极为简单，准备工作耗时只需几分钟，后续测量中可实现无人值守的自动化测量，即便有人值守也不会耗费较多时间，一般进行测量的时间在数小时内，另外整个测量过程测量人员不需要与测量目标进行近距离接触，可以进一步缩短前期准备时间。

    其二，信息获取便利，目前市面上使用率较高的三维激光扫描设备大多具备自动化数据输出功能，可以利用有线或无线网络直接向目标终端传输数据，大大降低了人工收集和整理数据的工作量，从而有效提升工作效率。

    其三，目标点位数据的采集精度极高。三维激光扫描技术的有效扫描距离较远，实际测量所得点位数据误差极小（小于2mm），因此通过三维激光扫描技术进行测量时不需要对测量目标表面进行特殊处理，实际测量后的信息无需进行复验和勘误，所获取数据可以直接录入软件进行自动建模，大大减少人工处理中可能出现的误差、错误问题。

    3 三维激光扫描技术在矿山测绘中的应用领域与流程

    3.1 三维激光扫描技术在矿山测绘中的主要应用领域

    三维扫描在矿山模型构建中的主要应用场景有如下三类：

    第一类，待采或开采中矿区的三维模型构建。其中待采矿区三维模型的建立较为简单，直接采用矿区地表点位数据云构建模型即可；开采中矿区是哪位模型的建立需要在矿区内进行扫描，实际扫描过程中需要在矿区巷道内设置三维测量设备，构建巷道模型，相对于外部三维模型构建而巷道模型的构建效率略慢，这主要受外部测量条件所限，但相对于传统巷道测量技术在效率和安全性上都有较大优势。

    第二类，矿区开挖体积计算。该类应用主要出现在露天开采工作条件下，露天开采矿区的开采位置和非开采位置物质有一定差异，采用激光扫描技术可以识别区域特征，可以大致确定需开挖体积。另外，采用分时模型对比和叠加观察，可以进一步确定矿山开采至最后测量时间点的已开挖体积，计算精度较高，所得结果可用于矿山开采规划、产能和产量分析等。

    第三类，采空区整理和防护。矿山开采本质上是对自然环境的破坏，其中危害最大的是采空区，采空区会对作业人员安全造成较大风险。而传统测绘技术在采空区测量中的难度较高，也较易发生人身安全风险，利用三维激光扫描技术可消除此类障碍，实现对采空区的精准测量，也能够为采空区实施监测提供技术支持，大幅降低作业安全风险。

    3.2 三维激光掃描技术在矿山测绘中应用的基本流程

    矿山测绘中三维激光扫描技术的应用一般分为如下三个步骤：

    第一步，使用三维激光扫描仪快速获取矿山测量面、点位信息、地质信息。首先通过人工观察确定矿山地质环境，设定扫描仪测绘参数，包括探头、Q9线、待采矿藏参数与实际执行范围，保证测绘信息可以反映矿山地址信息。然后实施激光扫描，获取矿山待测面的三维点位信息。

    第二步，构建三维立体模型。通过获取的海量点位地质信息、三维信息，基于GPS系统进行定位，构建矿山待测表面的是立体图像，由此呈现矿山的整体是三维模型，帮助开采作业规划设计、作业检测和施工人员更好的了解矿山地质范围、作业环境，保证矿山开发率、开采作业效率、开采作业安全管理水平。

    第三步，基于所获取的三维立体模型建立更丰富的矿山信息和数据系统，并利用三维激光扫描技术的实时优势，进一步提建立动态监测系统。将实测数据与先期完善的矿山初始数据进行对比，用于开采量计算、开采作业位置监控、采空区监控等，实现对矿山的综合性数字化管理。

    参考文献：

    [1]王继辉.三维激光扫描技术在矿山地质快速测绘中的应用[J].世界有色金属，2018（04）.

    [2]李鹏宇，姜岳，宗琪等.基于三维激光扫描技术的某金矿采场体积测量与计算[J].金属矿山，2018，V47（04）：145-149.

    [3]马勇，梅泽.基于三维激光扫描仪测距精度的分析[J].矿山测量，

    2018（01）.