三維激光掃描儀技術在礦山測量中的應用研究

任社平

（西藏天圓礦業資源開發有限公司，西藏 日喀則 857000）

隨著現代科技的不斷發展，測繪技術也不斷朝著數字化高科技的方向快速發展，常規測量儀器和測繪技術已不能滿足當前礦山生產建設的效率。三維激光掃描技術被譽為是繼GPS技術以來測繪領域的又一次技術革命[1]。作為一種新型的測量方法，在國內外測繪領域得到極為廣泛的應用。本文主要對三維激光掃描測繪技術在礦山測量中的實際應用進行論述，為其在礦山測量中的推廣應用提供借鑒參考。

1 礦山測量

礦山測量，是在礦山生產建設過程中，為礦山的勘查探礦、規劃設計、建設生產、安全監測及生產運營管理等進行的各項測繪工作[2]。

①礦山測量工作內容。主要包括：建立礦區控制網、測繪礦區地形圖及礦界；地上、下各項工程的施工及竣工測量、繪制各種采掘工程圖和礦山專用圖；承擔井巷工程和采掘工程質量檢查及驗收測量；地表巖石移動、沉降及變形監測；評價礦山采掘工程對地表環境影響和提供礦山安全生產等重要數據信息；地質勘探和資源儲量管理等礦山開發建設各階段測繪工作。②礦山測量的主要作用。礦山測量工作涉及地面和地下不同的作業面，不但要為礦山開發建設工程服務，也要為安全生產提供數據信息，以供礦山企業負責人對安全生產做出決策。礦山測量的任何疏忽都會影響生產建設，甚至有可能導致嚴重事故發生。因此，礦山測量在礦山開采中的責任與作用重大。

2 傳統測量方法的缺點

①外業測量速度慢。傳統的全站儀和GPS-RTK測量儀器外業采集數據時，一次測量只能采集一個特征點的數據信息，外業數據采集速度較慢，難以滿足目前現代化礦山快速發展的需要。②外業測量精度低。礦區環境較為復雜，有陡峭的巖壁、高邊坡、危險的采空區等，運用傳統的測量儀器外業測量時，一般都需要測量人員親自接觸到這些危險的地物點獲取特征點數據信息。傳統的礦山測量技術已影響到測量成果的可信度。③可視化程度低。傳統的礦山測量成果主要是依據所測地物細部點坐標數據展繪的平、剖面圖，無法及時轉化成三維可視化的圖形，地勘和采礦技術管理人員不能在第一時間直觀的掌握礦區生產和建設的三維立體現狀圖。

3 基于三維激光掃描儀的測量技術

（1）基本工作原理。三維激光掃描測量技術的核心原理就是激光測距，工作過程實際上就是一個不斷重復的數據采集和處理的過程，現場采樣點獲得的是系統局部坐標，掃描儀的內部為坐標原點，一般X、Y軸在局部坐標系的水平面上，Y軸常為掃描儀掃描方向，Z軸為垂向方向；室內可借助計算機完成從儀器的數據傳輸和坐標系統轉換。

（2）主要工作步驟。①首先，對測區實際狀況進行詳細的現場踏勘，收集測區已有的測量控制點，制定合理的施測方案。②其次，嚴格按施測方案進行外業掃描測量作業，根據測量精度要求和所測物體對象表面復雜程度設置掃描分辨率；每一測站完成掃描測量后，應即時在現場初步分析數據質量是否符合要求，檢查數據采集的密度和有無漏測的測區數據。③及時對當天采集完成的點云數據進行傳輸和備份，并根據現場影像資料進行點云數據的拼接、去噪及坐標系統的轉換統一等預處理內業工作。④最后，根據處理后的三維點云坐標數據成果，結合相應計算機軟件形成三維模型圖或其他所需的專業圖件和數據信息。

4 三維激光掃描儀技術在礦山測量領域的應用

三維激光掃描技術在礦山測量領域主要用在礦區地形圖測繪、不規則體建模及工程量計算、礦山儲量及工業廠區三維建模等。其中，不規則體主要指：露天采場、爆破平臺（爆堆量）、邊坡，地下采空區、巷道及尾礦庫區、廢石堆場等。技術應用主要介紹如下：

（1）在礦區地形圖測繪中的應用。①在地形圖外業測量作業時，可通過三維激光掃描儀無接觸的測量實現快速、高效的采集地物三維點云坐標數據。②內業工作時，及時按一定的格式輸出點云數據，導入計算機數字化制圖軟件中；編繪等高線時，要注意剔除植被、地物等特征點數據，再運用處理后的點云數據自動生成等高線；需要對照照片進行人工編輯和調整、修飾等處理措施；最后添加高程注記，整理成圖。

（2）在不規則體建模及工程量計算中的應用。①確定基準面。②三維建模及工程量計算。

（3）在工業廠區三維建模。當前，礦山工業區建筑物眾多，各類管線縱橫交錯，如要對其進行設計改造，需采用三維激光掃描測量技術，能快速形成可視化的三維模型圖，及時為礦山工程設計和規劃決策提供基礎數據信息資料。

5 三維激光掃描儀技術在礦山測量中的優缺點分析

（1）優點。①屬于非接觸測量，能夠對任意物體進行掃描測量，尤其適于對露天采場、爆破平臺、巷道及尾礦庫區、廢石堆場等工程以及人員難以到達的測區目標進行測量。②測量作業時為面采集模式。可以在確保精度的前提下快速、高效的采集到高密度的海量三維點云數據。③數據格式兼容性好。④可在數碼相機、GPS等設備的配合下，拓展三維激光掃描儀在礦山測量領域的應用范圍，更加全面、豐富、及時的實現對各類基礎數據信息的獲取。

（2）缺點。目前，我國在三維激光掃描儀測量技術的應用方面主要存在以下不足：①引進時間較短，且配置全套設備所需費用較高，國內自主研發的設備產品質量尚需提升，暫時無法實現大范圍的應用。②由于其測量原理所定，在控制測量、放樣測量及安裝測量等領域，存在一定的使用缺陷。③三維激光掃描儀外業測量作業時獲得的數據量大，對內業處理的計算機軟、硬件要求高，內業處理三維點云數據工作量大，耗時較長。④三維激光掃描測量技術標準及數據處理平臺等方面尚需進一步完善。

6 結語

通過以上論述，可以看出，三維激光掃描測量技術可實現非接觸、高密度、安全、可靠的獲取所測實物的數據信息，顯著的提高了外業測量效率，是目前快速采集三維坐標數據最先進的技術之一，在礦山測量中具有很好的應用前景。但目前在設備研發、數據處理及應用范圍等方面還存在不足。因此，三維激光掃描測量技術需加快具有自主知識產權的高精度儀器的研發；不斷完善數據處理平臺軟件和相應的技術標準，盡快實現在礦山測量工作中的廣泛應用。