礦山測繪中三維激光掃描技術的應用

劉漢勝

摘 要：三維激光掃描是一種新型測繪技術，其利用GPS技術和全站儀等設備進行測繪，相對于傳統測繪技術而言有更高的精準性和便利性，能夠快速對礦山地質情況進行測繪，極大提升了礦山測繪工作的效率和質量。本文主要總結三維激光掃描在礦山測繪中的使用原理，并從實踐應用出發，對實際測繪中使用三維激光掃描技術的應用領域與應用流程進行介紹，希望為測繪工作者提供參考。

關鍵詞：礦山測繪；三維激光掃描；礦物測定；應用

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

1 三維激光掃描技術的原理

三維激光掃描技術是運用快速激光掃描，實現對測量目標的持續性、全方位坐標偵測，利用該技術能夠快速獲取測量目標空間信息，由于測量過程持續且高速化，因此所獲取的目標坐標信息量較高，其中使用GPS技術能夠有效保證測量的精準性，利用海量的精準坐標信息，可以實現對測量目標物體三維模型的準確構建。

三維激光掃描主要使用兩類核心技術實現對測量目標的三維建模：一是激光測距原理，激光測距相對于人工測距而言精準度更高，其利用連續激光器或脈沖激光器發生激光，通過反激光反射進行精準測量，連續發射的激光掃描最高測程高達40km，誤差不超過2mm，而且通過該技術所獲取的側面目標點位信息多，因此能夠實現對測量目標模型點位信息的精準獲取，不僅消除了人工測量的誤差問題，也能夠突破傳統單點測量信息量不足的障礙，運用該技術所獲取的地形模型基本與實際模型一致，所建立的模型也有更高的分辨率；二是網絡信息技術和數字建模技術，該技術主要用于激光測距信息的集中處理與整合，三維激光掃描設備所獲取的點位信息通過網絡進行快速傳輸，實現集中整理，所獲取信息可以直接錄入數字建模軟件，實現自動化建模，這能夠大幅提升礦山建模效率，同時數字建模技術能夠根據數碼照片等進行模型數據的形象展示，更好的判斷礦藏位置、礦藏深度等信息，這能夠對未來礦產采集工作的規劃與安排提供了更有效的參考信息。

2 三維激光掃描技術的特點及其在礦山測繪中的應用優勢

三維激光掃描技術相對于傳統測繪中的掃描技術而言主要有三個突出特點：

其一，高效性，通過三維激光掃描技術獲取單點位信息的速度極快快，耗時僅需幾毫秒，而且三維激光掃描技術的實施環境要求不高、有效測量距離較長，測量前的準備工作極為簡單，準備工作耗時只需幾分鐘，后續測量中可實現無人值守的自動化測量，即便有人值守也不會耗費較多時間，一般進行測量的時間在數小時內，另外整個測量過程測量人員不需要與測量目標進行近距離接觸，可以進一步縮短前期準備時間。

其二，信息獲取便利，目前市面上使用率較高的三維激光掃描設備大多具備自動化數據輸出功能，可以利用有線或無線網絡直接向目標終端傳輸數據，大大降低了人工收集和整理數據的工作量，從而有效提升工作效率。

其三，目標點位數據的采集精度極高。三維激光掃描技術的有效掃描距離較遠，實際測量所得點位數據誤差極小（小于2mm），因此通過三維激光掃描技術進行測量時不需要對測量目標表面進行特殊處理，實際測量后的信息無需進行復驗和勘誤，所獲取數據可以直接錄入軟件進行自動建模，大大減少人工處理中可能出現的誤差、錯誤問題。

3 三維激光掃描技術在礦山測繪中的應用領域與流程

3.1 三維激光掃描技術在礦山測繪中的主要應用領域

三維掃描在礦山模型構建中的主要應用場景有如下三類：

第一類，待采或開采中礦區的三維模型構建。其中待采礦區三維模型的建立較為簡單，直接采用礦區地表點位數據云構建模型即可；開采中礦區是哪位模型的建立需要在礦區內進行掃描，實際掃描過程中需要在礦區巷道內設置三維測量設備，構建巷道模型，相對于外部三維模型構建而巷道模型的構建效率略慢，這主要受外部測量條件所限，但相對于傳統巷道測量技術在效率和安全性上都有較大優勢。

第二類，礦區開挖體積計算。該類應用主要出現在露天開采工作條件下，露天開采礦區的開采位置和非開采位置物質有一定差異，采用激光掃描技術可以識別區域特征，可以大致確定需開挖體積。另外，采用分時模型對比和疊加觀察，可以進一步確定礦山開采至最后測量時間點的已開挖體積，計算精度較高，所得結果可用于礦山開采規劃、產能和產量分析等。

第三類，采空區整理和防護。礦山開采本質上是對自然環境的破壞，其中危害最大的是采空區，采空區會對作業人員安全造成較大風險。而傳統測繪技術在采空區測量中的難度較高，也較易發生人身安全風險，利用三維激光掃描技術可消除此類障礙，實現對采空區的精準測量，也能夠為采空區實施監測提供技術支持，大幅降低作業安全風險。

3.2 三維激光掃描技術在礦山測繪中應用的基本流程

礦山測繪中三維激光掃描技術的應用一般分為如下三個步驟：

第一步，使用三維激光掃描儀快速獲取礦山測量面、點位信息、地質信息。首先通過人工觀察確定礦山地質環境，設定掃描儀測繪參數，包括探頭、Q9線、待采礦藏參數與實際執行范圍，保證測繪信息可以反映礦山地址信息。然后實施激光掃描，獲取礦山待測面的三維點位信息。

第二步，構建三維立體模型。通過獲取的海量點位地質信息、三維信息，基于GPS系統進行定位，構建礦山待測表面的是立體圖像，由此呈現礦山的整體是三維模型，幫助開采作業規劃設計、作業檢測和施工人員更好的了解礦山地質范圍、作業環境，保證礦山開發率、開采作業效率、開采作業安全管理水平。

第三步，基于所獲取的三維立體模型建立更豐富的礦山信息和數據系統，并利用三維激光掃描技術的實時優勢，進一步提建立動態監測系統。將實測數據與先期完善的礦山初始數據進行對比，用于開采量計算、開采作業位置監控、采空區監控等，實現對礦山的綜合性數字化管理。

參考文獻：

[1]王繼輝.三維激光掃描技術在礦山地質快速測繪中的應用[J].世界有色金屬，2018（04）.

[2]李鵬宇，姜岳，宗琪等.基于三維激光掃描技術的某金礦采場體積測量與計算[J].金屬礦山，2018，V47（04）：145-149.

[3]馬勇，梅澤.基于三維激光掃描儀測距精度的分析[J].礦山測量，

2018（01）.