礦山測繪中三維激光掃描技術的應用

葛文菊

（青海省第六地質勘查院，青海 格爾木 816000）

1 三維激光掃描技術的工作原理

3D激光掃描技術使用快速掃描激光來測量目標的坐標。測量過程是連續和包容的。借助該技術，可以快速獲取空間測量目標信息，目標坐標信息量大，保證測量信息的準確性，有助于建立三對象的維度模型。目標測量，實現高模型精度。

激光測距原理、網絡信息技術和數字仿真技術是實現測量和仿真目的的兩大主要技術。①激光測距比手動更準確。采用連續或脈沖激光發射光，通過光反射原理實現精確測量。3D激光掃描誤差小，可定位側面目標。獲取信息不僅可以有效避免人工測量帶來的誤差，還可以有效解決單點測量信息不足的問題。3D激光掃描技術創建的模型主要是真實地形，分辨率相對高的[1]。②借助激光測距，可以獲得大量信息，在處理時可以利用網絡信息技術和數字建模技術。網絡設備可以將3D激光掃描設備獲取的信息進行傳輸，然后將其組織起來，輸入到數字仿真軟件中，可以實現自動化仿真，大大提高仿真工作的效率[2]。

2 數據采集與處理

2.1 外業數據采集

在進行礦山測繪的過程中，所選用的測繪儀器為RIEGL(瑞格)VZ-2000型三維激光掃描儀，該儀器具有長達2050m的掃描距離，在掃描距離不斷增加的同時，掃描的精度在隨之降低。為此，進一步提高測繪的效率，使測繪的精度能夠與大比例尺的要求相符合。測繪區域的勘察應在進行外業數據采集之前進行，對掃描儀和標靶有合理的定位，對測繪的實際面積測量，并按照測量的數據對測繪區域進行劃分，以使測繪的精度可以得到有效的提升。在對掃描儀和標靶的位置進行選擇時，應首先考慮掃描儀覆蓋的范圍，避免在掃描過程中，出現測繪盲區，同時對與測站的選擇也要有充分的考慮，以提高外業數據的采集效率[3]。

2.2 點云數據配準與坐標轉換

在對大比例尺地形進行繪制的過程中，使用3D激光掃描技術。在掃描過程中，掃描儀受到測繪區域有效距離、地形等條件的限制。完成測繪任務需要多次臺站移動。在大地測量和制圖區域內。在掃描的過程中，每一個測站的數據都是掃描儀所定位的坐標點。為此，為了實現各測點間坐標數據的統一，必須對獨立站點的坐標進行統一。為了不對大地坐標轉換的精度產生影響，在獨立的坐標系統中，可以將每個站點的掃描云數據進行坐標統一，對點云數據進行配準，就是利用相鄰兩個站點間3個以上的點對標靶進行控制[4]。

2.3 信息提取與等高線生成

3D激光掃描技術在掃描和獲取測繪區域的點云數據時，包括區域內的所有表面信息。也就是說，點云數據包含的不僅僅是礦山測量的地形信息。和制圖區域，但還包括樹木、植被、電線桿、房屋等。信息并包含大量噪音。因此，過濾和剔除非地形信息是提高地形測繪質量的重要手段。本文檔選用RisCANPRO軟件來過濾和刪除非地形和表面數據。完成去除非地形和空間信息后，在RisCANPRO軟件中，根據定義的等高線間隔手動提取測繪區域內的高程點數據，點擊自動創建水平線。

3 三維激光掃描技術在礦山測繪中的應用

3.1 三維激光掃描技術的主要應用領域

3D掃描技術主要應用于以下三個領域的測繪：①建立未采區或已采區的3D模型，可直接利用山區點數據云，建立采區3D模型。領域。該過程相對簡單。相比之下，創建一個已開采的礦區模型則更加困難。首先，必須掃描礦區。在這個3D掃描過程中，為了建立一個巷道模型，需要在礦井的巷道中放置測量設備。與構建外部3D模型相比，該過程相對較慢，效率較低。造成這種情況的主要原因是受外部測量條件的限制[5]。雖然效率較低，但它更安全，并確保在整個測量過程中不存在安全威脅。②礦區開挖量的計算主要用于露天開采條件。對于露天采礦場，采礦和非采礦之間存在很大差異。利用激光掃描技術，可以高效地確定區域特征。確定要挖掘的體積。③改善和保護礦區，但在開采過程中環境會受到一定程度的破壞，特別是針對采空區，存在有更大的危險性，同時會給相關的工作人員帶來嚴重的威脅。在對采空區進行開采的過程中，傳統的測繪技術無法發揮其實際的作用，同時，對人身安全也存在很大風險，但3D激光掃描技術可以有效解決這些問題，并提供準確的生產測量，并對采空區的實時監控工作提供技術支持，在很大程度上降低作業過程中的安全風險[6]。

3.2 三維激光掃描技術基本應用流程

3D激光掃描技術在礦山測繪中的應用分為以下三個環節：①利用3D激光掃描設備可以快速獲取礦山的點、測面和地質信息。首先通過人工觀測確定礦山整體地質環境，設置掃描設備的測繪參數，如探頭、待開發礦山、實際作業范圍等，以確保可以使用大地測量和制圖信息反映有關礦山位置的信息。然后進行激光掃描，獲取待測軸表面的3D點信息。②建立三維模型。利用測量得到的大量地質點信息和3D信息完成定位，利用GPS系統構建待測礦面3D圖像，呈現礦山整體3D模型，有助于規劃采礦作業的設計和設計，還可以幫助檢驗和熱試驗人員更好地了解礦山的地質規模和運行環境，從而有助于提高礦山開發效率和安全管理。③基于3D模型，豐富礦山信息，擴展數據系統，有效利用3D激光掃描技術優勢，打造動態檢測系統[7]。

3.3 礦區管理的三維立體化

3.3.1 礦區地表三維模型的建立

3D激光掃描技術的有效應用，不僅可以為創建礦區地表3D模型提供數據支持，還可以掃描施工現場，獲取最準確的濁點信息，創建3D模型。可以通過專用軟件確定各種模型的屬性，可以為礦山管理提供準確的信息，從而促進管理的順利進行。此外，索引目錄還可以科學地用于已安裝的模型中，方便需要查看模型的人員。僅需電機目錄索引即可快速進入相應界面，提高礦控數字化水平。

3.3.2 直觀展現礦區地下巷道情況

使用3D激光掃描技術可以收集礦井巷道上的所有數據，并準確掃描細微的變化。然后通過創建3D模型獲取有關點云的特定信息，并準確反映道路上的真實情況。此外，還可實時獲取隧道內實際工作情況，直觀展示礦區地下隧道的現場情況。借助這項技術，可以掃描道路上的物體和設備，然后可以創建鏈接模型，以直觀地了解特定情況。也可與通訊設備結合，確保對特定信息的及時理解和同化。基于車道模型，可以在三維空間中定位人員的具體位置，可以評估人員的實際進度，并可以在該模型中識別出合適的監控設備。一旦檢測到問題，就會觸發警報。可以自動下發，提供監控工作的可視化和監控過程[8]。

4 結語

三維激光掃描技術可以快速、精細地獲得大型礦山地形圖。所獲得點的云數據包含表面上的所有信息。與傳統的測繪技術相比，它顯著提高了現場數據收集的效率，并轉移了在內業點云數據的處理難度。迄今為止，在大規模采礦地形圖的勘測和制圖中，3D激光掃描技術尚未發展出成熟有效的實時處理數據的方法和高精度的地形圖生成方法。必須使用其他軟件來完成最終的地形圖。因此，測繪領域的3D激光掃描技術應加強點數據處理等技術的研究工作，以促進該技術的進一步發展。