三維激光掃描技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用

劉夫曉

（山東金嶺礦業(yè)股份有限公司，山東 淄博 255081）

隨著礦山測量的范圍越來越廣泛，傳統(tǒng)的測量方法需要消耗較長的時間，但得到的數(shù)據(jù)非常有限，在進行對復(fù)雜地形的測量時，無法確保數(shù)據(jù)的精密度和準確度，也不方便進行相關(guān)的勘察工作，在實際應(yīng)用中已經(jīng)逐漸落伍，取而代之的是三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用。三維激光掃描技術(shù)精密度和準確度都非常高，且十分的高效，即使是進行復(fù)雜的礦山測量也能夠得出非常有價值的數(shù)據(jù)，在礦山的開采過程中具有非常重要的作用[1]。

1 三維激光掃描技術(shù)簡介

三維激光掃描技術(shù)一般應(yīng)用于測繪領(lǐng)域，它的優(yōu)點包括準確度和精密度高、采樣率高、分辨率高、便捷高效等。它的使用方法是對物體進行三維掃描，形成精確的三維點云數(shù)據(jù)，進而全面立體的將所測的物體描繪出來，然后利用激光掃描對信息數(shù)據(jù)進行采樣收集和分析，繪制出三維影像。三維激光掃描所使用的原理是激光測距原理，通過快速的激光掃描對于物體的整體進行測量和各個點的定位，形成立體影像。三維激光掃描的儀器分為幾種不同的種類，按照儀器載體，可以分為機載、手持或者車載等，按照用途可以分為近距離測量和遠距離測量，按照測量原理，可以分為相位差式、三角測距式以及脈沖式等[2]。

2 三維激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)測量技術(shù)的比較

三維激光掃描技術(shù)的工作流程是首先建立礦區(qū)測繪基礎(chǔ)控制網(wǎng)，然后進行對開采區(qū)的實地掃描獲取三維點云數(shù)據(jù)，接著將不同控制點上獲得的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一坐標系中，自動拼接掃描數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，進而建立真實的三維影像，即被測量礦山的模型，最后根據(jù)模型計算開采范圍內(nèi)的礦石體積以及相關(guān)的儲量數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的測量方法流程是首先建立礦山的基礎(chǔ)控制和基礎(chǔ)技術(shù)檔案，接著根據(jù)相關(guān)法律法規(guī)以及規(guī)章制度的要求進行礦山的測量，同樣需要計算開采區(qū)域的礦體體積。在測量之后還需要對結(jié)果進行質(zhì)量檢驗，然后進行礦物資源的儲量計算和礦區(qū)圖件的制作，最后編制測量報告。傳統(tǒng)的測量方法與三維激光掃描技術(shù)相比，有以下的幾點不足之處。首先，很少能夠到達理想的立尺點。大多數(shù)的礦山形狀非常復(fù)雜，巖壁陡峭，道路縱橫曲折，工作人員無法到達理想的立尺點，如此一來，進行礦體的計算就會存在著一定的誤差，不能夠達到精密度和準確度高的要求。許多的礦山開采工作需要進行多次的測量核算或者補做外業(yè)工作才能夠完成，增加了該項工作的多種成本，降低了工作效率。同時由于數(shù)據(jù)不夠準確精密，會影響礦山儲量的記錄，導致對于礦山儲量的監(jiān)管工作不能夠順利地進行。其次，傳統(tǒng)的測量方法效率太低。用傳統(tǒng)的測量方法對礦山進行測量速度很慢，而礦山儲量的動態(tài)監(jiān)管具有時效性，工作人員只有兩三個月的時間來進行礦山儲量的測量，不能夠在規(guī)定的時間內(nèi)完成所有的測量工作，并且需要更多的工作人員來進行該項工作，所需要的人力成本和時間成本比較大。此外，傳統(tǒng)的礦山測量方法存在著一定的安全隱患，礦山測量需要工作人員在陡峭的山體上找到目標點進行標記，礦山的環(huán)境大多非常惡劣且艱險，是一項非常危險的工作。工作人員在進行礦山測量時需要非常小心翼翼的攀爬標記，避免危險。最后常規(guī)的測量方法，只有數(shù)據(jù)，沒有與數(shù)據(jù)相匹配的礦山的三維圖像管理者，并不能夠?qū)ΦV山的實際情況進行了解，只能通過數(shù)據(jù)分析來進行判斷，對于開采工作非常的不方便。而三維激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)的測量方法相比較，具有安全性高、精密度和準確度符合要求、效率高、方便快捷等優(yōu)點。因此，在礦山的開采工作中，逐漸替代了常規(guī)的測量方法，成為了工作人員最常使用的礦山測量方法[3]。

3 三維激光掃描技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用

3.1 地質(zhì)地形測量

礦山開采工作必須要做好準備工作，很多的礦山道路曲折，山路陡峭，因此必須要在開采之前進行相關(guān)的地質(zhì)與地形測量。傳統(tǒng)的測量方法不能夠進行很好的測量，并且具有一定的危險性。因此，工作人員運用三維激光掃描技術(shù)，對待開采的礦山進行地質(zhì)進行的測量。在測量過程中，工作人員利用掃描儀對礦山進行地質(zhì)，地形和地貌的測量儀器得到相關(guān)的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)浇K端設(shè)備上，并且儲存這些數(shù)據(jù)，然后終端機器對數(shù)據(jù)進行處理和轉(zhuǎn)化，形成三維點云數(shù)據(jù)，再通過其他的操作構(gòu)建出三維影像模型。這樣工作人員就可以通過模型觀察到完整的礦山外形，在實際的開采過程中，就能夠避開陡峭的地方，大大提高開采過程的安全性。三維激光掃描技術(shù)降低了在復(fù)雜地質(zhì)地形環(huán)境中的測量難度，有效的提升了測量水平和測量效率，同時保證了測量工作和后續(xù)開采工作的安全性。同時，該項技術(shù)將地質(zhì)地形與模擬的數(shù)字化信息相互轉(zhuǎn)化，大大降低了測量成本，提升了測量數(shù)據(jù)的準確度和精密度，在礦山開采事業(yè)的積極發(fā)展中起到了重要的作用。

3.2 施工井下測量

施工井下環(huán)境復(fù)雜，測量工作執(zhí)行起來非常困難，井下作業(yè)具備很多的不確定性，安全系數(shù)非常低，并且井下較為隱蔽，無法得到非常準確精密的測量數(shù)據(jù)，這時運用三維激光掃描技術(shù)就可以很好地解決這些問題。該項技術(shù)可以讓井下的測量工作順利進行，同時得到準確度和精密度非常高的數(shù)據(jù)。

在運用該技術(shù)時，主要進行三項工作，分別是現(xiàn)場勘察、激光掃描和數(shù)據(jù)處理。將點云數(shù)據(jù)拼接起來建立模型，得到三維的井下影像，可以讓工作人員對井下的環(huán)境做到心中有數(shù)，避免了很多的安全隱患，有效防止了井下安全事故的發(fā)生，保障了施工人員的人身安全。同時可以通過模型得到測量數(shù)據(jù)，便于工作人員后續(xù)的工作展開，提升礦山工程的質(zhì)量和經(jīng)濟效益[4]。

3.3 邊坡防治

礦山在開采的過程中，時常會發(fā)生地震、洪澇、山體滑坡等危險，這些危險威脅著工作人員的生命安全，因此，如何預(yù)測到這些危險以便采取預(yù)防措施是亟待解決的一件事。這一問題是常規(guī)的測量方法所不能解決的，而三維激光掃描技術(shù)可以很好的完成。

三維激光掃描技術(shù)測定獲取監(jiān)測區(qū)域的三維點云數(shù)據(jù)，并且對數(shù)據(jù)進行處理分析，與歷史數(shù)據(jù)的模型進行對比，運用灰色預(yù)測和時間序列分析等方法分析礦山區(qū)域的地質(zhì)情況，以評估滑坡的風險。該項技術(shù)測量速度快，精密度高，可以長時間24小時監(jiān)測，在邊坡防治項目中可以很好地運用，幫助工作人員盡可能地避開潛在的安全隱患。

3.4 土方測量

在開采礦山的過程中，會挖出很多的礦土，完成開采項目之后，堆積的大量土方不能夠留在原地，需要對其進行轉(zhuǎn)移，因此，施工方需要對土方進行測量、評估土方的體積數(shù)量，以安排轉(zhuǎn)移的方法和時間。土方的體積大數(shù)量多且非常的重，同樣可以運用三維家光掃描技術(shù)對土方的大小和重量進行測量。

具體的測量方法是用地面的反射信號做基礎(chǔ)，同時儀器可以得到脈沖信號，將兩種信號結(jié)合后得到三維點云數(shù)據(jù)，同樣的對這些點云數(shù)據(jù)進行分析處理，建立三維立體模型，從而確定實際的土方數(shù)量。在得到準確的數(shù)據(jù)之后，施工方可以根據(jù)數(shù)據(jù)計算需要多少車輛運輸、運輸?shù)臅r間有多長，這些土方需要運輸?shù)绞裁吹胤健＿@樣有效地節(jié)省了運輸時間和成本，提高了測量的效率[5]。同時，如果某些地區(qū)需要土方，可以按需求運輸?shù)较鄳?yīng)的地點，實現(xiàn)資源的可持續(xù)利用，避免資源被浪費。

4 結(jié)語

礦山工程涉及到很多的地質(zhì)勘查項目，在前期需要進行地質(zhì)地形的測量和施工井下測量，同時要進行邊坡防治，預(yù)防山體滑坡，對工作人員造成傷害，結(jié)束之后堆積的土方也需要得到妥善的安置。這些問題通過傳統(tǒng)的測量方法都不能夠得到完美的解決方案，只能運用三維激光掃描技術(shù)來解決。這項技術(shù)的出現(xiàn)，有效的推動了礦山工程的發(fā)展和進步，促進了我國經(jīng)濟的發(fā)展和國土資源的開發(fā)利用。