三維激光掃描技術在礦山測繪中的應用

李淑軍

（河南省有色金屬地質礦產局第七地質大隊，河南 鄭州 450002）

我國礦山測繪行業具有多年的發展歷史，礦山測繪行業隨著時代的發展，測繪技術也逐漸擺脫傳統人力測繪方法，漸漸演變成機械自動化測繪。在眾多機械自動化測繪技術中，三維激光掃描技術以GPS技術為基礎，以三維重建技術為輔，成為一種新型的測繪技術。該測繪技術將搜集到的數據進行三維重建計算，創建模擬的數字測繪模型，是目前應用最為廣泛的測繪技術。礦山測繪企業應用三維激光掃描技術，建立礦山數字化測繪系統，不僅可以生動形象建立礦山三維立體模型，還可以將礦山的地質信息，地理特征以及地形很好的展現出來。通過三維激光掃描技術對礦山進行高效的生產以及安全管理，三維激光掃描測繪技術對礦山測繪有著深遠的影響。

1 三維激光掃描礦山測繪技術對金屬礦測定應用

目前應用于礦山測繪中的主要測繪技術是三維激光掃描測繪技術，該技術主要是通過掃描儀對礦山進行測繪。掃描儀通過激光脈沖對礦山進行掃描，將激光脈沖設置定時發出驅動，周期性的驅動接收反射信號，從而獲取各個測繪數據。然后將獲取的數據進行處理、三維重建計算，將數據進行處理計算后可獲取礦山各個方位的信息，通過軟件將處理的數據進行處理，最后通過電腦軟件建立礦山三維立體模型[1]。

1.1 數據收集與計算

三維激光掃描技術通過掃描儀對礦山進行全方位掃描，從而獲取礦山在三維空間中的全部數據。三維激光掃描技術是非接觸式測繪技術，可以在短時間內通過掃描儀對狂三進行自動測繪，掃描儀利用激光探測礦山，利用時差測距作為測繪主要技術。掃描儀發射激光脈沖，通過反射原理，激光脈沖接觸物體會再次反射到掃描儀上，通過測量往返時間獲取掃描儀與目標物體的距離，從而得到不同目標物表面到測繪儀的距離[2]。其測繪儀掃描的技術要求如表1所示。

表1 測繪儀掃描的技術要求

注表1中，執行范圍必須在取值區間內，否則設備得到的是一個假的像，其中激光脈沖大約每3.3皮秒就走1毫米，正是由于激光脈沖的高速傳播，使得掃描儀測量具有精度高的特性，目標物與掃描儀距離計算公式如下所示：

式中，d為掃描儀與目標物的距離，t為光波脈沖往返一次的時間。三維激光掃描測繪技術是非接觸的測繪技術，通過三維掃描測繪技術能夠在短時間內自動獲取礦山三維空間的信息數據。三維激光掃描測繪技術與傳統測繪技術相比，擁有精度高、準確度高、方便快捷等優點，具有采樣率高、信息分辨率高等優勢。

1.2 建立礦山三維立體模型

三維激光掃描技術通過掃描儀獲取礦山在三維空間中各項數據，測量的數據是精確可靠的。

通過測量的數據建立礦山三維立體圖，從而對礦山進行精細化管理。三維激光掃描測繪技術以GPS技術為主，從礦山整體到局部層層建立三維立體模型。建立模型計算過程如下：

式中，yc為目標物的高度，yt為目標物表面到掃描儀定位的距離，Td為激光從目標物到掃描儀所用的時間，R為目標物與掃描儀之間的距離。通過獲取的數據應用電腦軟件繪制礦山三維立體模型。

2 三維激光掃描礦山測繪技術對實地勘探的應用

三維激光掃描測繪技術最主要的優點是準確率高、方便快捷。三維激光掃描測繪技術通過假設三腳架的測量方法，對礦山各個數據進行采集，并且對所測量的各項數據進行簡單高速處理，從而獲得礦山的三維數據。通過三維激光掃描測繪技術可以在很大程度上縮短礦山外部建站時間，高效建立礦山從內到外的立體三維模型。與傳統人力測繪相比，三維激光掃描技術很好的展現機械自動化的優勢，對礦山的實際情況進行很好的展示，提升了礦山的測繪工作效率，大幅度降低了礦山工作人員的工作強度，三維激光掃描測繪技術成為了礦山測繪的最主要技術。

在礦山進行三維測繪的過程中，可以通過建立的三維模型對礦區的地表進行監測，通過建立的三維立體模型可以了解整個礦山的地貌地形，對礦山進行數字化管理。基于三維激光掃描測繪技術的優點，所測得的礦山數據信息都是非常完整的，該技術可以對礦山的詳細地理信息進行描述。在利用三維激光掃描測繪技術對礦山進行掃描測繪前，首先要對礦山中的各個巷道以及巷道的周邊環境進行人力勘探分析，三維激光掃描儀的放置位置只有在各個巷道的特點確定以后才能確定。在應用掃描儀對礦山進行掃描測繪時，要針對測繪的不同目標對掃描儀進行不同的設置，掃描儀的掃描密度根據各個巷道的不同情況設置也不同。通過建立的三維立體模型，可以很好的對礦山工作人員進行分區布置，大大減災難應急小危險度，并且對災難應急救援有很大的幫助。

3 結語

與傳統人力測繪相比，三維激光掃描測繪技術擁有精度高、準確度高、方便快捷等優點，具有采樣率高、信息分辨率高等優勢，使用性能非常強。本文通過數據收集與計算、建立三維立體模型完成了三維掃描測繪技術的工作流程，礦山應用三維激光掃描技術可以很好的對礦山實際情況進行展示。通過三維激光掃描技術對礦山進行高效的生產以及安全管理，三維激光掃描測繪技術是最新型的測繪技術。