三維激光掃描儀在露天礦山測量中的應用

陳國飛，柏天鈴

（云南華聯鋅銦股份有限公司，云南 文山 663701）

由于露天礦山的地質環境比較特殊，其生產過程也比較復雜，這也為其測量工作帶來了一定的難度。隨著科技的發展，我國礦產的測繪設備和方法也越來越先進，這也為露天礦山的測量工作帶來了機遇。露天礦山在采挖與采挖后的土石填補的過程中，均需要及時對其進行測量，以便保證其采挖的安全[1]。但是常規儀器的測量精度和效率已經不能滿足現階段礦山的測繪工作，因此就需要引進較為先進的三維激光掃描儀，它是一種快速立體的測量設備，它克服了傳統測量技術效率低、信息損失大等缺點，能夠將實地環境信息轉換成易于處理的數據，信息直觀可視，方便使用，同時擴展性很強，能夠在空間形態上也能保證其精確性，能夠生產采區三維數字模型，進而在露天礦山的測量中被廣泛應用。

1 三維激光掃描儀的工作原理

三維激光掃描儀主要由電源供應系統、控制器和掃描儀等構成，通過將CCD與儀器內部控制等系統相集成，進而發揮出激光測距與掃描的功能。三維激光掃描儀的操作原理在某種意義上與全站儀器的測量原理基本相同，都是通過搭建空間的三角模型獲取被測量物體的相關數據，如激光測距的間隔距離和水平方向的距離，進而通過運算計算出較為精準的三維坐標[2]。在三維激光掃描儀中通過高精度的激光測距儀再加之激光的引導，將一定轉速的發射棱鏡保持其固定，進而通過激光測距儀發射激光，在被測物體表面產生反射，通過對觀測點和測站點的距離計算，并結合水平方向和豎直方向的測量數據進行計算，最終得出高精度的三維空間坐標。

2 三維激光掃描儀在露天礦山測量中應用的意義

三維激光掃描儀具有高效率、高精準、較為直觀具體等優點，因此，其廣泛應用與露天礦山測量中。不僅大大節省了人力和物力，全面提升了開采效率，促進礦產企業的穩定、可持續發展[3]。同時，三維激光掃描儀打破了傳統的掃描方法，是繼GPS定位系統后的又一項革新技術，通過在被測物體上建立云點模型，獲取相關數據，實現對被測區域的全面了解和掌握，對實現礦產企業的現代化具有重要的意義。

3 三維激光掃描儀在露天礦山測量中的應用分析

3.1 建立地面控制網

在露天礦山測量中，首先就需要建立地面控制網，通過將GPS與三維激光掃描儀器進行有機的融合，利用其較高的精準度對被測物體實施碎步測量，完成對地面控制網的創建。在這個過程中要特別注意其用到的三維激光掃描儀的精度需要嚴格按照國家對礦山測量的要求，符合實際露天礦山測量的需求。

3.2 建立礦山模型

在露天礦山測量過程中，應用三維激光掃描與進行的碎步測量，并收集碎步點的坐標，并對礦山進行激光掃描，進而獲取礦山的云數據，并對所得的數據資料進行研究計算，得出礦區的DEM數據，數字點云模型，進而建立礦山模型，以實現對礦山地質地貌的整體規劃，直觀記錄礦山的地形，為礦山的安全挖采提供了有效的數據資料。

3.3 數字線劃圖的獲取

通過三維激光掃描儀對露天礦山搭建了相關的開采模型后，針對分辨率為1m的數字地面模型，就需要對其實現線劃圖。在這個過程中，相關的操作人員就需要利用三維激光掃描儀的高精準度的優勢，利用操作將一些拼接模型生成數字線劃圖，進而為露天礦山的測量工作提供相關的數據參考[4]。同時，三維激光掃描儀是的應用，還能夠有效監測礦山各種各樣基礎設施的數據，如控制點、辦公樓、井架、水塔等。可見，在礦山測繪中應用三維激光掃描儀具有效率高、精度高等優點。

3.4 檢測礦區及礦井設施沉降

在露天礦山的檢測中，對露天工程設施的監測是其中的一個重要環節，也是衡量礦山是否安全的關鍵因素[5]。對礦山進行沉降監測具有重要的意義，是保證邊坡和工作人員安全的重要手段，應用三維激光掃描儀，收集礦山的點云數據，通過對收集數據的長期積累和分析，能夠有效掌握整個礦區沉降情況，進而為保證整個礦山開采的安全提供依據。

3.5 沉陷區測量

在露天礦山的開采過程中，某些會存在以前坑道開采后遺留下的采空區域，很容易使地面發生沉陷，應用三維激光掃描儀收集大量的點云數據，進而在沉陷區域內搭建空間點云模型，在點云模型中測算出沉陷的面積大小，掌握實際沉陷情況，采取合理有效的策略解決礦山的沉陷問題。

3.6 巷道檢測

在礦井下面作業時，一般利用三維激光掃描儀對其進行掃描，在整個礦井下面的巷道內建立模型，對井下實行開采管理、巷道變形監測、井下的定向測量、井下的控制測量、主巷道的定向與測量，進而保證整個井下巷道的質量安全。

3.7 橫斷面測量

利用三維激光掃描儀對井下礦山的進行測量的同時，也在井下建立了點云模型，進而收集相關數據進行處理后生成巷道的橫斷面線劃圖，這將作為重要的參考數據供煤礦開采的相關安全部門進行保管和利用，進而實現對巷道變形監測及其應力進行分析。

4 總結

綜上所述，隨著我國科技和經濟的不斷發展與進步，對礦山的開采工作也引起了足夠的重視。將三維激光掃描儀應用與礦山的測量中具有十分重要的意義，能夠在較短時間內獲取較為精準、客觀、全面的掃描數據，大大節省了人力和物力，提高了開采效率。因此，在后期的礦山開采過程中，應加強對關鍵環節和重點要素的控制，進而提出科學合理的措施提高三維激光掃描儀在礦山測量中的應用。