露天礦測量中三維激光掃描技術的應用研究

彭劍飛

摘 ?要：隨著經濟社會的不斷發展，創新成為時代發展主題。在此背景下，露天礦建設受到了人們的廣泛關注，并成為保證西部礦業可持續發展的必由之路。文章結合實踐三維激光掃描測量技術在露天礦中應用進行分析研究，希望能為相關工作的開展提供一定的參考價值。對于相關領域科研工作者和同行業工作人員具有十分重要的參考意義。

關鍵詞：露天礦;三維激光掃描技術;應用研究

中圖分類號：TD176 ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）18-0179-02

Abstract： With the continuous development of economy and society， innovation has become the theme of the development of the times. In this context， the construction of open-pit mine has been widely concerned by people， and has become the only way to ensure the sustainable development of the western mining industry. This paper analyzes and studies the application of three-dimensional laser scanning measurement technology in open-pit mine， hoping to provide some reference value for the development of related work. It has very important reference significance for researchers in related fields and staff in the same industry.

Keywords： open-pit mine; three-dimensional laser scanning technology; application research

1 概述

在科學技術高速發展的背景下，三維激光掃描技術也獲得了極大的發展，該技術的發展與應用對測繪工作起到了巨大的推動作用。該技術功能非常強大，能夠開展實景復雜掃描，而且測量過程中不需要與測量對象進行接觸，能夠針對被測物體開展高速的掃描測量，獲得精準而又豐富的點云數據。并在三維重構基礎上對礦山的實際開采狀況進行再現，測量成果可導入三維礦業軟件，為生產計劃的調整和儲量動態管理提供高精度原始數據，提高了礦山技術管理水平。同時，極大地推動了露天礦的發展[1]。為此對露天礦中該技術的應用進行分析探討，以供參考。

2 露天礦建設中三維激光掃描技術的應用優勢分析

三維激光掃描技術利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量密集點的三維坐標、反射率和紋理等信息，快速復建出被測目標的三維模型及線、面、體等各種圖件數據，可以大量獲取目標對象的數據點。三維激光掃描技術測距的原理如圖1所示。

露天礦測量的主要任務是礦山儲量地質測量。在露天礦的生產過程中，一系列的測量工作是不可避免的，露天礦測量的主要任務包括邊坡測量、排土場測量、礦石堆測量、地形測量、各種變形位移測量、各種管線、建筑物測量等。由于露天礦測量任務的繁多和生產的特殊性，傳統的測量儀器己經無法滿足當前露天礦測繪的精度要求。

為了實現礦上建設，加強礦上數字化建設更加凸顯出其重要性，這就需要獲得精準而又豐富的礦山信息，在此基礎上建立三維礦山模型，才能推動露天礦建設的發展。三維激光掃描技術的應用打破了傳統測量手段的弊端，可以開展礦山實景復制測量，不僅具有非常高的測量精度，而且大大提升了測量效率，獲得的信息也非常的全面，并且能夠進行動態實時的測量，具有非常高的自動化水平，這對露天礦建設而言是非常重要的，為其建設提供了很好的技術支撐[2]。現在該技術在露天礦建設中的作用主要體現在下面幾個方面：（1）通過該技術能夠將礦山的地形情況、建筑物和采場情況與采礦巷道和相關管線以及設備使用、尾礦庫等信息進行掃描，并輸入計算機，進行數據轉換，便于開展相關數據的統計分析與瀏覽，進行數字礦山建設，為礦山的精細化管理提供支持。（2）在該技術的應用下，能夠全面的獲取三維激光點云數據，對露天礦模型的建立提供支撐，重現虛擬礦山，通過該模型進行金礦實體信息與巷道三維模型的建立，達到直觀設計三維立體的效果。（3）空區數據的獲取更加的精準與高效，便于單個空區三維形態的獲取，同時對需要的體積、面積以及距離等信息進行任意的量取，科學的分析和判斷現狀與治理情況，更好的保障礦山安全。

3 三維激光掃描技術應用與方向

（1）三維立體化礦區管理。通過該技術的應用來獲取礦區的點云數據，并在礦山專業三維軟件中進行輸入，通過有效的篩選以及整理之后，能夠在軟件自動功能下生成三維空間實景信息，進而為礦山的數字化管理提供參考，實現露天礦的建設。

（2）地下三維立體化管理。與地表相比，礦山地下的情況是變化非常快的，如進行巷道掘進以及采空區和充填區，還有安裝井下施工設備等情況，都會在礦山采礦作業的進程中產生快速的變化。所以對于井下三維數據的及時獲取具有非常重要的意義。而通過三維激光掃描技術的應用，能夠將巷道中的各種信息完整的記錄下來，同時在巷道表面進行高清晰照片的附著，能夠進行縮小和放大等，這為相關技術人員的編錄提供了良好的基礎，使過去手工素描記錄的方式得到了全面代替，并精準的記錄下各種斷層與細小的紋理。在巷道壁上附著巷道刻槽化驗數據，與巷道探礦實際和鉆孔情況以及工業品位等信息，在確定的地質推算公式下，便可將礦體邊界情況進行智能計算，對礦體準確圈定，并對各個礦塊的金屬品位與金屬量進行計算。建立井下巷道機械設備與相關設施模型，通過數據通訊，不但能對設備信息進行查看，而且還能實時的了解設備運行參數與狀態，提升設備的智能化維護效果。在巷道模型前提之下，實現了公司人員的虛擬定位現實，對工人的工作情況進行真實重現，同時也可對工人的工作軌跡進行巷道外觀看。巷道三維模型的精準性，為地面操作鑿巖機以及鏟運機提供了有力支撐，推進了井下無人開采與智能化開采的效果，有效控制和降低井下作業人員的數量，大大提升礦山生產的安全性。將安全檢測設備嵌入到巷道模型之中的具體位置，當有異常在此位置出現時，便可引發異常的監測信息，通過高亮報警，在模型中顯示，提升三維可視化安全監測。如通過三維立體直觀展示一氧化碳超標情況，并對員工進行有效的安全培訓，增進員工對此方面的認識，增強員工的培訓實效。在可視化的巷道三維展示下，能夠大大提升礦山的安全管理水平。三維激光掃描模型如圖2所示。

（3）變形在線監測。由于物體變形造成的礦山災害有很多，如空場冒頂以及地壓變形和采空區塌陷以及山體滑坡等，所以要針對這些物體進行連續檢測。而三維激光掃描技術能夠實時動態的對物體進行連續在線檢測，同時可以更具報警值迅速地進行警報信息的發出，通過電腦便可準確的定位報警位置與報警值，為相關應急預案的開展提供參考。而三維激光掃描技術不僅能夠對監測物開展快速的監測，而且提供的數據非常豐富，能夠在監測物表面點云數據全面獲取的前提下，建立每一幅的數據模型，同時能夠將這些模型進行有效的疊加，不但能將部分變化的模型顯示出來，而且還能針對變形情況對其體積進行計算或開展多種模擬計算，對礦山生產提供指導。

4 結束語

在礦山測量過程中三維激光掃描技術發揮著巨大的作用，通過該技術手段的應用，為露天礦建設提供了良好的技術支撐，相較于傳統的測量手段，其應用優勢更加的明顯，具有非常廣泛的測量范圍，能夠針對滑坡、冒頂以及塌方等問題開展測量，也可對采場和航道等陰暗潮濕的區域進行測量。同時，其自動化水平非常高，給予無線網絡，能夠自動的采集三維信息，大大降低了人工的干擾。并且三維激光掃描技術，能夠達到仿真技術的效果，通過在三維軟件中導入點云數據，便可將礦山采礦的整體情況展現出來，虛擬實景展示，有一種親臨其境的效果。最后該技術的信息量非常大，空間表面的裂隙、懸掛物等豐富的信息，能夠達到傳統測量手段難以實現的效果樣式。在現代高速發展的時代背景下，三維激光掃描技術也會突飛猛進，呈現出良好的發展態勢，其應用前景也會越來越廣闊。

參考文獻：

[1]歐陽天云.基于三維激光掃描技術的露天礦臺階爆破設計軟件開發[D].武漢科技大學，2018.

[2]胡國新，蘇建軍，趙楠.三維激光掃描技術在平朔露天礦采空區探測中的應用[J].露天采礦技術，2015（07）：62-64.

[3]徐茂林，高延東，張賀，等.三維激光掃描技術在露天礦邊坡監測中的應用[J].遼寧科技大學學報，2015，38（03）：217-220.

[4]劉亞兵，嚴懷民，劉如飛.基于車載三維激光掃描技術的露天礦三維建模[J].露天采礦技術，2015（04）：37-39.

[5]張賀.露天礦邊坡位移三維激光掃描監測技術研究[D].遼寧科技大學，2015.