三維激光掃描技術在數字礦山中的應用研究

蔣榮新

【摘要】在科學技術持續發展的情況下，數字礦山已被礦產領域所重視。在科學技術持續發展的情況下，借助數字技術已經在絕大程度上提升了礦山管理工作的綜合效率。且在礦產企業發展速度持續加快的情況下，對于三維信息的需求量正以極快的速度在增加。目前，三維可視化管理已經成為數字礦山中最為核心部分，可充分滿足在實際測量過程中的多方面需求。同時，三維激光掃描技術存在有高采集樣率以及高分辨率等多方面優勢，可幫助有關工作人員得到礦山的各方面空間信息，對于礦產采集以及數據分析等方面均存在有極為重要的意義。

【關鍵詞】三維激光掃描技術；數字礦山

礦產企業屬于我國能源產業中較為重要組成部分，在科學技術持續發展的情況下，越來越多的信息技術逐步被運用到礦山企業中。數字礦山已經在該領域內得到推行，且在該行業發展速度持續加快的情況下，對于空間三維信息的需求正以極快的速度在增加。在數字技術的幫助下，可講礦山各方面情況以數據的形式進行展現。在以往測量過程中，借助GPS以及全站儀等設備雖然同樣可達到對礦山各方面信息進行采集的效果，但所得到的均為單點數據，無法充分滿足對礦山整體情況的評估需求[1]。而在數字技術的作用下，可將礦山各方面情況完全轉化為數據。且在三維激光掃描技術的推行下，進一步提升的數字礦山在實際檢測過程中的綜合效率，為后續工作提供了有效理論支持。本文研究就主要對三維激光技術在數字礦山中的具體運用情況進行分析。

1、三維激光掃描技術的各方面原理以及特點

1.1該技術基本特點

三維激光掃描技術主要建立在激光測距的基礎上，結合對物體外表進行掃描，可較為完整的對實物三維數據進行采集與獲取，且在采集過程中速度較快，并且存在有極高的準確度，屬于非接觸式測量，操作較為簡單，同時可達到實時、動態測量的效果。該技術所得到的數據屬于點云數據，即囊括有大量的離散點數據，信息極為豐富。在檢測過程中所得到的各方面數據均屬于掃描目標各部位的真實數據，不需要在后續工作中在實物表面進行處理，數據極為準確可靠。目前，三維激光掃描技術已經在各個領域得到推行，在絕大程度上提升了歷史文物保護、建筑測量、軍事分析以及自然災害評估等方面的工作效率。

1.2該技術的基本原理

三維激光掃描技術在實際工作過程中需要借助數碼相機、激光發射器以及控制電路板等，在各類設備的協同作用下可在極短時間內得到物體的三維空間信息。該技術充分借助激光測距，在檢測過程中對被檢測物體從豎直方向以及水平方向進行旋轉記錄測量，可準確得到物體與掃描儀間的位置關系。激光發射器在檢測過程中持續發出激光，對被檢測物體按照從上到下、從左到右的順序進行掃描測定，且在掃描過程中可將掃描得到的數據實時錄入到儲存硬盤中，隨后借助后續軟件進行處理，即可將數據信息在電腦上進行展現（所得到的數據均為排列規律的點云數據）。

2、三維激光掃描技術在運用過程中的多方面優勢

結合實際可知，在數字礦山檢測過程中三維激光掃描技術的優勢主要體現在三個層面：

（1）在三維激光技術的幫助下，可使得礦山實體情況以完整數據的形式反饋到計算機中，同時，在對應軟件處理后即可得到方面工作人員進行瀏覽以及分析的數字信息，便于礦產企業對礦山各方面情況進行更加準確的分析與管理。

（2）可得到礦山的數字模型。結合三維激光掃描技術所得到的點云數據，經過后續處理后即可得到礦山的數字模型。通過該模型，對應工作人員可對山體各各方面情況進行準確而方便的處理，包括山體體積、各位置間距離以及面積、長度等。

（3）為山體變化情況提供參考依據。在三維數據的支持下，結合對不同時間所掃描得到的數字模型進行重疊，可較為直觀且準確的對礦山變化情況進行分析，包括結構變形情況、位移情況等，為后續礦體開采等提供重要依據，確保后續生產的安全性。

（4）在掃描過程中受到的外界干擾較小。在以往攝影測量技術中，往往限于在白天進行測量，無法實現夜間測量。而在三維激光掃描技術的作用下，具備有較大的測量領域且測量時間不受限制。在任何時間點均可進行測量。同時，在以往攝影測量技術中受到溫度的影響較大，導致部分測量工作無法正常展開。而在三維激光掃描技術可連續進行掃描，基本不受溫度的影響[2]。

3、三維激光掃描技術在實際運用過程中的缺陷

雖然三維激光掃描技術在數字礦山中具備有多方面運用優勢，而結合實際可知，其在實際運用過程中依舊存在有一定缺陷，主要表現在以下幾個層面：

（1）維修以及檢驗難度較大。三維激光掃描儀結構較為復雜，其檢查與維修工作均需要由專業人員進行。且儀器設備造價較高，在一定程度上制約其推廣性。

（2）后期數據處理存在由一定難度。結合實際可知，在對掃描后得到的云數據進行處理過程中存在有較大的難度，且數據處理所需要的時間是獲取時間的10倍以上。且數據處理對有關人員的專業能力存在有極高的要求。

（3）數據處理軟件缺乏完善性。結合實際可以發現，市場上所使用的三維激光掃描儀在生產廠家不同，在后期數據處理方式上同樣存在有較大的差異。且不同廠家所生產的設備在數據處理上互不相容。

4、三維激光掃描技術在數字礦山中的具體運用情況

結合實際運用情況可知，三維激光掃描技術在數字礦山中存在有多方面運用，在絕大程度上提升了礦山開采等方面工作的綜合效率，并為礦山采集工作提供了重要安全指導。具體來講，三維激光掃描技術在運用主要表現在以下層面：

（1）對礦區進行立體化管理。結合三維激光掃描技術可針對礦區地表各方面各個位置連同有關設施進行立體化管理。結合掃描所得到的點云數據可完成對礦體區域的三維立體設計。并在特定三維軟件處理后將礦體各個位置的三維模型屬性特點進行詳細掛接，對應管理部門以及工作人員則可以在模型的幫助下，對各個區域進行準確有效管理。此外，更可以建立有關索引目錄，管理人員通過索引目錄可較為迅速找到自身所需要的信息。另一方面，在該技術的幫助下可促使礦區地下巷道實現可視化。通過三維激光掃描技術能夠較為詳細的對巷道中各方面特點詳細進行了解，甚至對于細小的紋理同樣科較為清晰顯示。在巷道三維模型的幫助下，能夠較為直觀的對地下各方面情況進行顯現，及時掌控地下工作展開情況，實現地下礦區的透明化。同時，借助三維激光掃描技術科對巷道中有關設備以及有關設施模型進行建立，并可以在對應模型中完成對數據通訊的建立，便于后期對設備信息的查看。通過在模型中安設對應安全監測設備，一旦監測信息出現異常情況，即可以下模型中進行顯示，實現三維可視化安全監測的目的。此外，在數據模型的幫助下，對管理人員進行管理與培訓，能夠進一步提升培訓工作效率，幫助管理人員管理能力得到有效提升[3]。

（2）實現對礦區Web點云的測算以及瀏覽。結合三維激光掃描技術所得到的點云數據，結合對應數碼相機展開礦山紋理的采集，在對應處理軟件的幫助下，可生成礦區Web點云。在計算機的輔助下，結合IE瀏覽器將對應數據打開，即可將礦山的各方面情況以網絡進行三維顯現。在Web的幫助下，不單單能夠得到礦山的實際坐標信息，更可實現對礦山實景顏色進行顯現。

（3）便于對開挖量進行統計與核算。針對部分露天開采的礦區，在三維激光掃描技術的幫助下，以規定時間間隔對礦區進行掃描，并建立對應數據模型。通過將各個時間點得到的三維模型進行重疊則可以較為直觀的對礦區開挖情況進行顯示。便于對開挖方案以及開挖風險等進行評估，促使礦區生產更加科學化。

（4）實現對采空區域的數字化管理。結合實際可以發現，地下開挖過程中所形成的空采挖區，在一定程度上影響著礦山的發展，更會對設備以及開挖人員的安全造成一定威脅，在一定程度上阻礙著礦區的正常經營。采用何種方式對采空區域進行管理，測定其面積大小以及邊界情況，進而對有關處理方案進行制定，實現對礦區安全的有效保障。三維激光掃描技術通過非接觸式測量，可對礦山采空區域各方面情況進行綜合監測，包括采空區域分布情況以及貫通關系等。同時，在對應軟件的處理下，可得到采空區的數字實體模型，明確采空區域的體積大小，頂板面積情況，為風險評估提供有效保障。在該技術的幫助下，可對采空區域進行有效管理，避免出現安全事故，為礦區生產的安全提供充足保障。

（5）實現對礦區以及礦井中各個設備沉降情況進行監測。沉降監測屬于礦區日常監測工作中較為重要部分，且保障礦區生產安全方面存在有極為重要的作用。而傳統監測技術在實際監測過程中存在有較大的局限性且誤差較大。無法實現對設備沉降情況進行準確顯示的效果。而在三維激光掃描技術的幫助下，以天為單位對礦區設備位置情況進行測定，通過后期對比可較為直觀的觀察出礦區設備沉降情況。

（6）簡化對沉陷區的監測。對沉陷區進行監測同樣屬于礦區日常監測工作中較為重要部分。地下礦山開采，在多方面因素的共同作用下，很容易出現沉陷等情況。而在三維激光掃描儀的作用下，可對沉陷區三維模型進行建立。在點云模型的作用下，可對沉陷區進行動態觀察。

總結：

數字礦山為目前礦產行業較為新型的發展模式，近幾年三維激光掃描技術更是得到極快的發展與推廣。在該技術的幫助下，突破了傳統單點測量模式的局限性，使得測量過程更加高效與準確。在數字模型的幫助下，礦區管理人員可以較為直觀的對礦區各方面情況進行較為準確的測定。同時，在該技術的幫助下，更為礦區生產的安全性奠定了有效基礎。結合實際可知，雖然三維激光掃描技術在數字礦山運用過程中存在有多方面優勢，該技術尚處于持續推廣過程中，在實際運用上還存在有部分缺陷，還需要在運用過程中不斷進行完善。

參考文獻：

[1]白立飛，潘寶玉，張蘭.三維激光掃描技術在數字礦山領域的應用[J].山東國土資源，2013，38（8）：43-46.

[2]孫茂存，楊文華，夏積德.三維激光掃描技術在數字礦山中的應用[J].新技術新工藝，2015，67（7）：96-98.

[3]呂遠.三維激光掃描儀在礦山井下測量技術中的應用研究[J].煤炭與化工，2015，38（7）：24-26.