三維激光掃描技術在礦山測量中的應用

冷 冰

（赤峰柴胡欄子黃金礦業有限公司，內蒙古 赤峰 024039）

隨著全球衛星定位系統的發展和應用，其相關的技術和產品也在不斷的出現，該技術有著精準度高、效率高、測量速度快等諸多優點而深受各大測量人員的喜愛。而三維激光掃描技術就是其中之一，將其引入到礦山測量中后，不僅減少了礦山測量的勞動強度，也提升了礦山測量的精準度以及效率[1]。在一定程度上解決了礦山測量難度大、規模大、保存困難等問題。

1 三維激光掃描技術的介紹

三維激光掃描是一種新型的非接觸式空間信息的測量技術，為空間三維信息的獲取提供了全新的手段，也是現代信息化發展的重要基礎，該項技術首次出現在20世紀80年代初，根據激光的特性，將其引用到測量裝置中，可以在精度、速度和操作性方面展現出巨大的優勢，這就引發了現代測量技術的革命。

三維激光掃描是可以迅速獲取數據的測量技術，為礦山的測量提供了新的方向。隨著激光、半導體、傳感技術的發展，激光測量的應用在不斷的擴大。

三維激光掃描技術的測量原理和傳統的全站儀測量原理有相似之處，同樣是以三角形為模型，利用三角函數對測量到的數據進行計算，最終得出測量點的三維坐標，不同的是三維激光掃描技術主要是有高精度的激光測距儀器和引導激光勻速旋轉發射的棱鏡組成[2]。利用三維激光掃描技術測量的時候，主要是通過發射激光，經過表面的鏡子反射來得到數據，從兩個測量點之間的距離配合水平角和垂直角的角度進行計算，最終得出測量點的三維空間坐標。

三維激光測量技術在克服傳統測量的局限性同時，采取了非接觸式的主動測量方式，能夠直接獲得非常高精度的三維數據，對任意物體掃描的時候，沒有時間和空間的限制，能夠快速進行信息的轉換[3]。三維激光掃描技術擁有測量精確、掃描速度快、全數字等特征，最大程度的節約了成本和時間，使用方式也比傳統的測量儀器簡單，其輸出的格式可以通過常規的工具軟件連接。

2 礦山測量分析

利用三維激光掃描技術，是將事物進行掃描后獲取其三維空間的數據，在進行重建事物的三維模型后，形成了這種掃描技術，通過無接觸的目標測量，可以快速的實現自動實時獲取事物三維空間的數據結果，相比于傳統的測量技術，三維激光掃描技術能夠有更高的準確度以及分辨度，這種技術主要是通過過得目標的觀測數據進行分析，將一個個散點坐標連接，組成一個三維的信息，不用對實物進行處理就能夠獲得較為可靠的數據，其真實性也是比較高的。

三維激光掃描技術在礦山開采的過程中使用，能夠實現精準化管理外，操作人員還能夠利用網絡對礦山的實時信息進行查詢和分析，尤其是對礦山三維模型進行實時數據的查詢，在不同的查詢階段對模型進行有效的分析，能夠及時的發現目標物的變化及移動情況，有利于保護礦山中工作人員的安全。

在進行礦上開采之前，一定要做好前期的測量工作，準確的控制測量的精度和位置，三維激光掃描技術是全球定位系統的表現之一，目前是礦山測量中精度最高的新型測量技術之一，礦山測量在控制測量中一般都是全面的控制測量，要求從整體到局部，分級式的布局，測量采用水平和三角測量結合的方式，使用導線測量來進行GPS的有效定位[4]。而礦山信息系統的測量是完善整個測量系統的重要工作之一，這一系統是根據計算機技術對地理信息的儲存、維護和管理統計，相對于不完善的傳統礦山測量來說，更節約時間，工作量也得到了減輕。因此建立完整的信息數據庫，能夠幫助礦山企業的高效式發展。

3 三維激光掃描技術在礦山測量中的應用

首先是對于礦山中的地形和地質的測量。在礦山的開采過程中，其地質、地貌都非常復雜，這就給正常的測量工作帶來了非常大的工作難度，而傳統的全站儀測量又有諸多的限制，因此三維激光掃描技術應運而生，這種最新型的技術，最大程度的降低了工作人員的工作難度，同時給礦山工作節省了人力、物力、時間等，進而提高了礦山測量的工作質量和效率，也保障了礦山中工作人員的生命安全，降低了在礦山測量中的各種風險，一定程度上保障了礦上開采整個項目的安全性。

如果在礦山開采中，工作人員利用脈沖式的三維激光掃描儀器進行測量和采集數據，將這些采集到的數據傳送到地面的終端設備，用點云數據的形式進行儲存。利用終端的處理器進行實物數據轉化成點云數據，消除雜音、視角對齊、數據處理等一系列的步驟進行三維方式的重建，將物體的影像呈現出來，在這一過程中三維激光掃描技術的充分使用，體現出現代化信息技術的發展水平，實現了現代化和信息化的轉變及結合，不僅降低了礦上測量的成本，還提升了整個測量的精準度，進一步推動三維激光掃描技術的應用和發展。其中點云數據的處理是通過三維掃描儀器測量出的三維坐標為基礎，轉換到另一坐標中，利用了全球定位系統技術和三維激光掃描技術獲得坐標數據之間的參數轉換。當前的三維激光掃描技術中測量出來的距離和角度暫時有限，在地形復雜的礦山測量中需要多臺三維激光掃描儀進行全方位的掃描，進而獲得更完整的三維空間信息來配對點云數據。三維激光掃描技術的精準度非常高，但是由于人員操作的失誤、不同測量點之間測量產生的一定誤差、點云算法的誤差等，會影響兩個測量點之間的點云數據，也會出現一定的誤差量，而這些誤差量累計到一起，最后會導致礦上測量邊緣處的三維坐標出現比較大的誤差，這時就需要對多個點云數據進行詳細的檢查和核對，從而建立起高精度的控制網。利用這一控制網來劃分小塊區域，將每個區域的控制點數量繼續劃分，同時配合高精度的全站儀，在測量區域均勻分布多臺，設立多個測量點，在控制區的測量點要均勻分布，這樣才能夠實現點云數據的高精確度。

其次是礦山的井下測量。礦山開采過程中，井下測量工作是比較難的，因為其具有強隱蔽性、不確定性，最重要的是危險性極大，因此在測量的過程中，很容易受到突發性事件的影響，這就會有極大的限制度，從而導致了測量數據和結果的誤差性、有效性和真實性，而對于井下的測量工作和人員來說都得到了國家和相關機構的高度重視。因此，隨著最新款的三維激光掃描技術的發展和應用，給礦山測量人員帶來了極大的優勢，進一步揚長避短，推動了礦上井下作業和測量工作的有效開展。

在礦山測量的過程中，利用三維激光掃描儀器來對現場進行實時的勘探、掃描來獲得數據，同時與點云數據技術相配合，來進行數據的處理、拼接以及三維模型數據的建立，進一步實現對礦上開采過程中井下情況的實時測量，保證了井下數據的真實性，能夠更可靠。在礦山作業的過程中，利用三維激光掃描技術來對井下進行勘探和測量，從信息的采集到結果的分析，三維激光掃描技術能夠全面測量出井下的情況，同時保障了工作人員的安全，減少了施工過程中突發事故，同時保證了礦山開采的效益和效率。

最后是在礦山廢棄物的測量。在礦山開采的過程中，會有大量的土壤被挖出，而被挖出的這些就會成為廢棄物，在礦山開采完成后，累積的廢棄物需要被運輸和轉移。因此，對于礦山廢棄物的測量，利用三維激光掃描技術能夠提前預計數量。在礦山廢棄物測量中，三維激光掃描是以礦山或者土壤為測量目標，根據時間測量距離，從而完成對物體空間和位置的確定，利用專門的計算方式來測量廢棄物的距離和多少，這主要包括數據的采集、點云數據的應用，數據的計算等。而礦山廢棄物的測量采用的是地面三維激光掃描，將地面的信號反射數據為基礎，脈沖信號為條件，建立起三維空間的坐標，結合三維立體的圖像來實現實時轉化，從而計算出廢棄物的實際數量。通過這一結果，可以準確的計算出運輸車輛的使用，節約了大量的時間和運輸成本，同時降低了人力、財力的損耗，提高了整個工程的進度和效率，也推動了三維激光掃描技術的發展。

4 結語

三維激光掃描技術是集當前所有測量技術于大成者，無論是在礦山測量還是監測等工作上，都取得了無可替代的作用。