對基于礦山地質(zhì)測繪的三維激光掃描技術(shù)的探討

賈玉安，盧安毅

（安徽省地勘局第一水文工程地質(zhì)勘查院，安徽 蚌埠 233000）

礦山開采活動日益頻繁，現(xiàn)代采礦業(yè)的發(fā)展需要更精準(zhǔn)、更快速的測繪技術(shù)，傳統(tǒng)的礦山測繪方法已經(jīng)不能滿足工作的需要。科技的發(fā)展，推動了礦山測繪技術(shù)的發(fā)展，各種測繪技術(shù)層出不窮，在礦山測繪領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，三維激光掃描技術(shù)是基于GPS定位系統(tǒng)的新型技術(shù)，通過掃描的方式可以測量礦山地質(zhì)并獲得三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。基于此，提出基于三維激光掃描技術(shù)的礦山地質(zhì)測繪方法設(shè)計(jì)，以提高測繪精準(zhǔn)度，通過實(shí)驗(yàn)對比證明，此方法打破了傳統(tǒng)礦山測繪技術(shù)存在的弊端和不足，提高了礦山數(shù)據(jù)信息的可靠程度，通過此掃描技術(shù)能夠直觀的反應(yīng)地質(zhì)地形地貌，并且在掃描時速度快、精度高，且能實(shí)現(xiàn)全方位掃描，實(shí)現(xiàn)了礦山數(shù)據(jù)信息的直觀展現(xiàn)，并且提高了礦山測繪的速度，是提高企業(yè)生產(chǎn)效益和保證礦區(qū)開采安全的有效方式。

1 基于礦山地質(zhì)測繪的三維激光掃描技術(shù)設(shè)計(jì)

1.1 原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)采樣

設(shè)置掃描參數(shù)對原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)采樣，采用后視定向的方式獲取坐標(biāo)位置，將發(fā)射體發(fā)出的激光脈沖依次掃過被掃描區(qū)域，測量每個激光脈沖[1]發(fā)出又返回的所經(jīng)過的時間，來計(jì)算距離，并編碼激光脈沖的角度，得到礦山的三維坐標(biāo)。通過三維激光掃描儀將激光傳播的時間進(jìn)行換算得到儀器與掃描點(diǎn)的距離，利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制地形圖，利用GPS[2]快速獲取現(xiàn)場布置的中心點(diǎn)相對坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)激光掃描數(shù)據(jù)坐標(biāo)的任意轉(zhuǎn)換。在獲得三維坐標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，為精確得到礦山數(shù)據(jù)，提出最小二乘法，對每個分塊激光數(shù)據(jù)使用最小二乘法進(jìn)行擬合，以得到精確的礦山數(shù)據(jù)，擬合公式為。

公式中，f?為三維坐標(biāo)函數(shù)，Mu為激光掃描點(diǎn)距離參數(shù)，為擬合函數(shù)，此次計(jì)算不做定向分析。

在激光數(shù)據(jù)擬合后，實(shí)現(xiàn)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)采樣，計(jì)算公式為：

公式中，P2代表礦山地面點(diǎn)數(shù)據(jù)，Bi代表礦山原點(diǎn)云的數(shù)據(jù)處理參數(shù)，代表實(shí)際地形相對坐標(biāo)，此次計(jì)算不做定向分析。

在最小二乘法擬合的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)采樣，為建立礦山地質(zhì)三維模型，以提高三維激光掃描技術(shù)可靠程度。

1.2 建立礦山地質(zhì)三維模型

基于三維激光掃描數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，建立礦山地質(zhì)三維模型，使工作人員更準(zhǔn)確的掌握礦山地質(zhì)的范圍和構(gòu)造，勘查出礦山的種類和儲量，提高礦山開發(fā)的利用率。礦山數(shù)據(jù)庫主要根據(jù)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)設(shè)立的信息系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、維護(hù)、統(tǒng)計(jì)、檢索、管理和分析，能夠有效管理礦山數(shù)據(jù)[3]。通過采集到的大量地質(zhì)資源信息數(shù)據(jù)和礦山周圍環(huán)境信息，建立礦山地質(zhì)三維模型，將礦山的地質(zhì)信息進(jìn)行三維數(shù)據(jù)化、視覺化、多元化，利用計(jì)算機(jī)和繪圖技術(shù)將采集到的礦山地質(zhì)信息顯示在電腦屏幕上，礦山數(shù)據(jù)庫中包括地質(zhì)基本圖像、衛(wèi)星拍攝圖像、攝像圖像等，工作人員可以實(shí)時選取和存儲礦山信息資料。并利用此數(shù)據(jù)庫對礦山數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，幫助測繪人員實(shí)時了解和分析地質(zhì)信息數(shù)據(jù)，并掌握礦山在開采活動中的地質(zhì)信息變化。

通過建立礦山地質(zhì)三維模型，能夠提高工作人員的工作速度以及對礦山信息的了解程度，并且在礦山信息數(shù)據(jù)資料的分析過程中，能夠?qū)徍顺龅V山地質(zhì)開發(fā)的效益，以及圖像資料自身的性質(zhì)，以此提高數(shù)據(jù)的可靠程度，通過建立礦山地質(zhì)三維模型，實(shí)現(xiàn)了礦山數(shù)據(jù)的直觀展現(xiàn)，減少了測量周期，提高了三維激光掃描的精準(zhǔn)度。

1.3 實(shí)現(xiàn)基于礦山地質(zhì)測繪的三維激光掃描

在對原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)采樣和建立礦山地質(zhì)三維模型基礎(chǔ)上，將掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)質(zhì)性處理，對測繪到的數(shù)據(jù)進(jìn)行再次處理工作，由于掃描數(shù)據(jù)量大，首先對掃描到的數(shù)據(jù)進(jìn)行二維分析[4]，計(jì)算公式為。

其中，Gi代表三維坐標(biāo)，be代表礦山地質(zhì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)參數(shù)，此次計(jì)算不做定向分析。

2 實(shí)例論證

為證明本文設(shè)計(jì)的三維激光掃描方法的有效性，將本文方法和傳統(tǒng)方法對某地區(qū)礦區(qū)進(jìn)行掃描，下面是某礦區(qū)采用兩種方法得出的數(shù)據(jù)。

表1 結(jié)果對比

安全評估 不安全 安全是否生成三維影像 否 是

通過表1可以看出，傳統(tǒng)方法在進(jìn)行礦山地質(zhì)掃描時，采集點(diǎn)數(shù)較低，并且采樣間隔不均勻，精度也不滿足要求，還不能生成三維影像，而本文方法不僅可以提高礦山地質(zhì)測繪的精度，獲得嚴(yán)密、真實(shí)的數(shù)據(jù)，同時還可以節(jié)省人力和時間，能夠生成三維影像，給工作人員提供更加準(zhǔn)確的礦山信息，因此，此次設(shè)計(jì)三維激光掃描技術(shù)具有實(shí)際應(yīng)用意義。

3 結(jié)語

隨著現(xiàn)代科技水平的發(fā)展，礦山測繪技術(shù)也得到了很好的發(fā)展，傳統(tǒng)的掃描技術(shù)，時間耗費(fèi)長，無法滿足礦山測繪的需求，因此設(shè)計(jì)了基于礦山地質(zhì)測繪的三維激光掃描方法，通過此方法擴(kuò)大了礦山地質(zhì)測繪范圍，實(shí)現(xiàn)了對地質(zhì)信息的監(jiān)測和管理，進(jìn)一步提高了礦山地質(zhì)掃描技術(shù)的精度，提高了礦山地質(zhì)掃描的工作效率和礦山地質(zhì)信息的準(zhǔn)確性。