三維激光掃描技術在地表測量中的應用

徐志鵬，王曉亮

（山東黃金集團蓬萊礦業有限公司，山東 煙臺 265615）

三維激光掃描技術是三維激光掃描技術的基礎，從地形測繪、道路測量等方面的應用，三維激光掃描技術通過三維數據坐標實現全面掃描，同時滿足地質測繪和工程測繪對數據精準度高的要求。但與傳統測繪方式相比，仍然存在一定的弊端，傳統測繪技術誤差大、準確度低的問題，難以滿足測繪工作的需求，而三維激光掃描技術以全球定位系統為基礎，具有快捷、準確度高的特點，為礦山測繪提供更高的分辨率和準確率。本文從三維激光掃描技術在地面測繪中的應用，所產生的實際效果進行分析，總結在應用過程中具體情況，為后續開采工作提供參考。

1 三維激光掃描技術的概述

1.1 三維激光掃描技術原理

三維激光掃描技術是現在礦山開采的新技術，三維激光掃描技術開始出現以GPS 為基礎，利用高速激光掃描技術可以為測量對象提供準確的測量數據和三維坐標數據，為測量對象提供準確的三維影像模型，該掃描技術不僅測量迅速，準確度高，可以實時動態監控被測對象的成像數據，實現全自動化測量，是測量技術的核心技術。三維測繪技術與現在信息技術相結合，被廣泛應用于礦山測量中，針對被測對象實際區域建立相應的信息數據庫，三維掃描測繪技術充分掌握被測去油的三維地址數據，科學全面的指導礦山進行開采和作業。

1.2 三維激光掃描技術優勢

利用三維激光掃碼技術測量被測物體過程中，根據掃描提供的數據建立三維幾何模型，不同的數據和不同的被測對象，獲取的數據也存在一定的差異，但三維激光掃碼技術采用的點云數據包括采集數據和預處理，實現幾何模型的可視化操作；從建立模型到三維模型需要對該技術充分考慮，充分分析被測對象的建模需求，選擇合適的策略選擇相關數據。

三維激光掃描技術分為點云、建模和空間點三種技術層次，突破傳統掃描技術的逐點測量方法，實現點到面的全面監測，將少量二位測繪數據集合為全面的三維測繪數據信息網，進而建立被測對象的三維點模型；三維激光掃描技術與光學掃描不同，它采用激光單色性能良好、方向性高的技術，特別是三維激光掃描技術的高時效性和高普適性，在礦山測繪中取得良好的效果。

三維激光掃描技術的高時效性要求對被測對象的掃描一秒鐘內完成，大大節省了測繪人員的工作時長和效率；三維激光掃描技術采用的紅外激光，不受外界光線影像，即使夜晚也能清晰的完成掃描工作，且對周邊環境不會造成任何化學污染。三維激光掃描技術可以更加準確的完成對測繪目標的數據分析，不受外界環境因素影響。

2 三維激光掃描技術的應用

2.1 三維激光掃描技術應用領域

三維激光掃描技術是當前測量領域最先進的技術，克服了傳統測繪技術速率低下和應用范圍狹窄的弊端，明顯提升測量數據的準確度，隨著三維激光掃描技術與新時代的融合，三維激光掃描技術有效分析影像信息與實際空間信息的整體數據，完善自身的數據缺陷，現階段的三維激光掃描已取得顯著的成果，特別在針對不規則圖形的測量中，與傳統測量方式相比，三維激光掃描技術更好的時間點、線和面三方面的數據整理，節省資源減少浪費，提高企業作業的準確度，保障工程安全進行。

三維激光掃描技術的高速度、應用范圍廣且操作簡便，是工程項目建設的安全保障。

2.2 三維激光掃描技術礦山應用

礦山測繪測量技術中，三維激光掃描技術不斷發展，在工程建設和礦山采空區監測等方面廣泛應用，三維激光掃描技術在采空區地面塌陷方面表現明顯，提高塌陷區檢測的可視化和數據化，有效指導礦山的作業，越來越多的應用于礦山測量中。

3 三維激光掃描技術在地表測繪中的應用

三維激光掃描技術的應用，傳統工程檢測無法滿足現行的技術要求，以工程測量為例，工程測量需要專業作業人員熟練掌握周圍被監測對象的準確性，重點分析各個地段的地質工程點，不同區域提供不同的地貌規則方案，并提供合理的路線支持。而三維激光掃描技術無需人工作業，利用三維坐標數據實現建筑工程的高準確度。

利用三維激光掃描技術在治理采空區塌陷區取得顯著效果，利用數字化大比例地形圖，對礦區采空區和塌陷區進行實時監測工作并建立數字模型，將采空區塌陷區的塌陷問題以數據形式呈現。三維激光掃描技術構建的模型，參照點少，全面詳細的分析采空區的數據和實際情況，全面獲取被測區域的位置數據，更好的確保站點及云數據的準確度，建立不同模型的地形圖，為后期空間數據和工程應用提供數據支撐。

三維激光掃描技術在地質檢測和土方檢測中應用廣泛，一般地質測繪數據由外業數據采集、初數據處理和地面物體繪制等方面組成，地質測繪數據的外業數據采集是通過三維激光掃描技術采集被測區域的外業數據，外業測繪是通過實地考察和測量收集相關數據，為施工需要的控制、放樣和竣工驗收等的測量工作，與傳統測圖工作不同，外業數據采集是按照設計圖紙將建筑物的位置、形狀及高程在地面上標出來，后期利用點線施工，實現對被測區域實際情況的了解，為保障外業數據的準確性，選取的勘測地區站點數量分布勺，有效控制外業的數據采集容量，減少資源的浪費，并利用三維激光掃描技術中的點云設計，獲取附近類似地形的相關信息，在采樣結果的處理過程中，按照設計的比例處理，避免出現誤差。

初數據處理過程是將外業數據收集完畢后通過篩選排查儲存的數據，利用坐標變換和點云匹配等方式進行數據加工，采集站點不同所收集的數據匹配方式不同，另外需要做好定量加成分析，單位信息配對流程通過空間定位系統將不同的掃描點獲取的信息與點云地質信息進行匹配，從而獲取準確的單位地質信息。三維激光掃描技術無法表現單位的具體地質面貌，外業數據監測掃描密度較大，繪制地形過程中需要排除相關地形的干擾，避免因密度過大出現的不均勻分布，因此需要將該區域的勘測標準比例處理后再將數據導入成像系統中，如圖1 所示。

圖1 外業測繪數據導入成像系統圖

4 三維激光掃描技術的主要技術要點

三維激光掃描技術獲取目標的空間信息后，測量構成達到90 萬點/s 的激光發射速度，獲取物體的空間三維數據可實現三維信息的動態測定；該技術在測量過程中具有主動和動態的特點，還具有實時性的效果，不受外部光照和氣壓的影響，可動態實時性的測量實體目標。三維激光掃描技術利用激光發射信號，接收測量物體的返回信號，以此獲取測量目標的表面信息數據，測量過程中無需人體測量直接接觸，故該技術同樣適用于礦山采空區或塌陷區；三維激光掃描技術的激光透光性，即使在地表植被較多的區域，也可以通過點云數據獲取，從而構建實體模型。

5 結語

三維激光掃描技術對地質測繪和工程測繪工作有重要意義，彌補傳統測繪工作的不足，特別對地表塌陷和采空區的測量，解決了企業的難題，應用三維激光掃描技術降低礦山生產的安全事故，實際的技術運用過程中提高三維激光技術的實際應用，更好的實現企業的可持續發展。