三維激光掃描技術在礦山測量中的應用與研究

王智君，張 杰

近些年來，我國礦山行業發展越來越好，各個行業的生產和發展以及人們的生活都與其息息相關，我國有著大量的礦產資源，由于我國地大物博，因此許多礦產資源并未被探測以及勘查出來，三維激光掃描技術對于當前的礦山測量工作至關重要，因此必須要掌握技術，不斷創新提升。

1 測量工作在礦山建設中的重要作用

礦產測量工作在當前是礦產行業發展過程中非常重要的一個環節，關系到后續的生產運輸以及各項工作，而礦產測量工作也是一門現代化的先進學科，需要融合眾多的基礎知識以及實踐經驗，在工作過程中不斷創新實踐從而應用和發展起來的現代化科學技術。礦山測量工作包括工程的測量、土地測量、地形測量等等，為礦山的基礎建設以及礦產企業的日常工作而服務，它是礦產行業發展以及創新的基礎性環節。礦山測量工作能夠為礦產企業提供大量的科學數據能夠反映出采礦當地的實際情況，進一步促進安全化生產和科學化生產。

2 礦山測量過程中存在的問題

2.1 圖紙審核缺乏科學

礦山測量工作涉及眾多的環節以及藝術，其中最為基礎的就是圖紙的設計以及審核，是所有工作的前提以及基礎，能夠不斷保證礦山測量工作的時效性、準確性、科學性和公正性。然而近些年來礦山行業不斷發展礦產測量工作雖然已有著一定程度的創新，然而在測量隊伍建設以及圖紙審核方面仍舊存在著一定的欠缺。近些年來發生的數字失誤、圖紙丟失、圖紙信息錯誤現象越來越多，嚴重影響著礦山測量工作的進行，也為后期的礦山生產工作帶來了巨大的損失。其次是巷道標注不一致，在礦山測量過程中，由于涉及到很多的巷道，因此需要設計者的設計非常緊密，如果標注不一致很容易忽略到一些礦井，影響測量效果，為以后在礦山開采埋下隱患。

2.2 導線測量技術落后

在礦山測量過程中，除了圖紙階段容易出現很多問題，井下導線測量也成為當前人們廣泛注意的問題和環節，主要表現在以下幾點：首先，人們在進行導線測量的時候，由于知識以及經驗不足，在工具的準備和環境的勘測上表現較為不充分，工作人員在進行導線測量的時候，面對突發情況難以及時采取有效的措施。在突發情況出現的時候，測量人員要以最短的時間迅速到達指定位置，因此在時間上準備不充足，這就要求測量人員需要快速的準備好工具以及資料，如果前期準備不充分，將會影響礦山測量的進度和質量。第二是資料和數據的記錄工作，由于井下導線測量的環境因素，噪音較大、環境復雜，因此相關從業人員在進行記錄的時候會受到一定的阻礙，容易導致數據記錄不全、原始數據不準確的問題。第三是測量工作的儀器維護，進行井下礦山測量需要用到大型測量儀器，并且測量要求相對來說較高，測量工作人員要保持一定的集中力，在測量工作開始之前確保機器完整無損，但是當前礦產測量工作人員往往忽略了對儀器的檢查和維護，導致儀器的持久性和耐用性受到很大影響，在使用儀器的過程中發生故障。

2.3 測量設備落后

我國的礦山測量工作發展較晚，因此在相關的技術以及設備研究上面發展并不完善，與其他先進國家的發達技術存在著一定的差距。由于自身檢測儀器的局限性，因此在實際的礦山測量過程中，很容易受到信號、系統性能、設備系統等方面的干擾，為礦山測量工作帶來較大的困難，尤其是受礦山的磁場信號影響，如果測量設備穩定性不高，將會導致測量數據失真的情況。

3 三維激光掃描技術簡介

近些年來隨著我國礦產行業的不斷發展，礦產測量工作開始不斷發揮著自身的優點以及積極作用，開始在我國的礦山測繪領域不斷應用屏蔽著自身便捷高效、精密度高的現代化優點，受到了人們的喜愛。三維激光掃描技術在實際的應用過程中，應用當前不斷發展的掃描技術，對物體進行實地的勘測以及三維掃描，在收集精確的數據以及分析之后，對立體物品進行進一步的描繪，以此來更好地進行信息和樣本的采集收集，進而制定出科學高效的三維影像。三維激光掃描技術是在對激光測繪原理進行進一步的研究以及提升產生的現代化新型探測技術，通過激光掃描能夠快速對掃描物品進行整體的了解以及各個精確點的定位形成的立體影像，也能夠幫助人們更加科學直觀的了解物品，做好探測工作。三維激光掃描儀器分為機載型、手持型以及車載型，能夠進行近距離探測以及遠距離探測，也可以按照科學的探測原理分為不同的模式。

4 三維激光掃描技術與傳統測量技術的比較

三維激光掃描技術與傳統測量技術相比，優點更多，精確度更強，測量工作也更加高效便捷。在當前的礦山測量工作進行過程中，三維激光掃描技術必須要首先對整個礦區探測區域進行基礎性的了解與控制，對實際開采的礦區獲取三維點云數據，這樣能夠將不同控制點上的數據進行精確的匯總，統一到一個坐標體系中，將掃描數據進行科學主動的拼接以及處理，從而能夠進一步形成真實科學的三維影像，以此對即將開采的礦山進行進一步的了解和控制，制定出下一步的工作方法。而傳統礦山測量技術需要投入大量的人力、物力以及財力，數據收集以及檔案管理也較為陳舊、時間較長，難以提高礦山測量以及礦產開采的工作效率。總而言之，當前三維激光掃描技術應用逐漸廣泛，已經逐漸受到了人們的寫傳統測量技術，逐漸退出了礦山測量的實際工作。礦山企業也不斷減少成本，工作難度也大大降低，精確的測量效果開始在礦山測量行業中發揮自身的魅力。

圖1 手持式激光掃描儀井下作業圖

圖2 三維激光掃描巷道成圖

5 維激光掃描儀技術在礦山測量應用中的優缺點

5.1 三維激光掃描儀技術在礦山測量應用中的優點

三維激光掃描儀在工作過程中屬于非接觸測量，因此在對礦山測量區域內任何物體進行掃描時都具有極強的特殊性，尤其是露天采場、爆破平臺、尾礦庫機、廢石堆場等等，由于工作人員人力無法到達，因此人工測量時存在著較大的困難。而采用三維激光掃描儀技術能夠很快突破這些問題，實現精準科學的測量，得到相關的數據。其次，三維激光掃描儀就在實際礦山測量過程中進行作業大多為面采集模式，能夠在保證測量精度的前提之下，對高密度的數據進行整理和儲存。第三，三維激光掃描儀自身的格式兼容性較好，能夠配合GPS 設備、數碼相機進一步開展高精度的礦山測量工作，能夠更加全面豐富地獲取基礎數據。

5.2 三維激光掃描儀在礦山測量工作中的缺點

三維激光掃描儀測量技術在我國礦山測量工作過程中的應用還存在著一定的不足，首先是引進時間較短，需要花費大量的作用，國內的研發設備以及研發團隊無法實現。其次是測量原理，在一定區域的測量工作過程中存在著隱患。

6 三維激光掃描儀技術在礦山測量領域的應用

三維激光掃描儀技術在當前的礦山測量領域過程中應用較為廣泛，在露天采場、爆破平臺、地下采礦區、巷道、廢石堆場等等都有應用，技術主要有如下方面。

6.1 在礦區地形圖測繪中的應用

在礦山測量地形圖外業測量工作過程中運用三維激光掃描儀，能夠對無法接觸的區域進行快速高效的測量，從而收集相關的數據。進行內業作業時，三維激光掃描儀技術能夠按照一定的格式對數據進行輸出，將數據導入計算機制作軟件中運用相關的技術合理生成，整理成圖。

6.2 在不規則體建模及工程量計算中的應用

這一方面的應用主要是分為兩個部分，第一是確定基準面方面下一步工作的進行，第二是利用三維激光掃描儀技術進行三維建模以及工程量計算。

6.3 在工業廠區三維建模中的應用

當前礦山行業發展越來越好，礦山工業區內也存在著大量的建筑，各類管線相互交錯，采用三維激光掃描儀測量技術，能夠對當前物業廠區的情況進行了解，生產科學的三維模型圖，進一步提供科學詳細的資料。

6.4 山地分布

工作人員必須要在礦產資源開采工作進行之前，對礦山的地形分布以及自然地貌進行了解和勘察，這樣才能夠根據礦山的實際情況制定出科學合理的施工計劃，與此同時必須要對礦產資源開采過程中所需要的材料和設備制定合理的路線，這樣才能夠依靠山地自然地貌因地制宜的開展工作，這樣能夠不斷提高礦產資源開發效率，降低企業的投入成本。

6.5 地質分布圖

在礦產資源開采工作進行之前，對地質環境進行測量也是非常重要的工作，不同的地質環境所采取的工作方法以及機械設備都不一樣，必須要根據不同的地質變化來清楚的探知身體內所富含的礦產資源，這樣才能夠保證后續課程資源開發工作的平穩進行。GPS-RTK 技術能夠全方位的探知礦產資源分布地區的實際情況，如身體內含有巖石分布，可以通過GPS-RTK 技術進行測量，對身體內部構造進行了解，使礦產資源開采工作有科學的數據保障。

6.6 建造中的地質變化

我國地大物博、幅員遼闊，擁有非常豐富的礦產資源，而礦產資源一般分布在地貌險峻的山體之中，因此進行礦產資源開采還要花費大量的時間對山體進行開采。對山體進行開采不僅工程量大，同時面臨很多危險，因此在開發過程中一定要收集各方面的數據和自然情況，一旦某一方面出現紕漏，很有可能引起山體陷落事故的發生。GPS-RTK 測量技術能夠對身體的情況進行科學的適時監測，一旦發現突發事故，能夠及時采取科學措施，極大保證了開采人員的生命健康安全。

6.7 GPS-RTK 在塌陷區域治理中的應用

GPS-RTK 技術也能夠對礦產資源開采過程中遇到的山體陷落現象進行及時的處理和展示，首先，使用GPS-RTK 技術能夠精準的測量出身體塌陷區域的位置，從而確定精確的塌陷位置以及塌陷范圍。在對山體塌陷位置以及范圍進行初步了解之后，可以通過數據搜集和整理設置科學的測量點進行下一步工作，通過科學的測量工作得出山體塌陷的具體原因，這樣就能夠很快制定科學正確的補救措施。其次GPS-RTK 技術的測量結果非常精確，綜合考慮各個方面因素之后，能夠根據礦產資源開采工作以及實際施工需要對山體內部情況進行精準的繪制，繪制出地震波圖，從而對山體內部情況進行還原，對發現的問題進行分析。最后，通過GPS-RTK 技術對塌陷區域的安全性進行檢測，最大程度地保證下一步施工的安全性和科學性，避免在礦山資源開發過程時出現不可控制的不安全因素。所有的測量工作都必須做好充分的準備，確定相關儀器相關位置，確定自然條件，確定事故人員的專業性，這樣才能夠保證測量工作的精準性，保證數據的科學性。

7 如何利用三維掃描技術有效提升礦山測量質量

7.1 嚴格把控測量精度

在以往的實際測量工作過程中，由于測量工作人員重視程度不夠，或缺少相關的精準理念，因此數值上經常出現偏差現象。隨著當前科學技術的不斷發展，參加工作人員必須要不斷提升自身的工作態度，不斷加強精準力度重視測量工作過程中數據中產生的偏差，在實際工作開展之前充分考慮到施工地點的種種因素，以此為基礎進行進一步的分析和研究，只要從實際測量過程中可能出現誤差的地點，并且提前制定出行之有效的措施，來對誤差進行防范和解決。對于工作過程中容易出現誤差、解決難度較大的地點，必須要不斷加大資金投入，積極引用先進的機械設備，不斷提高礦山測量工作過程中井下巷道貫通測量的質量和進度。

7.2 三維視圖數字技術

礦山建設和開采工作進行之前，需要通過礦產測量，對礦山的空間信息、地表形貌、巖土特性進行一定的測量和了解，利用當前不斷發展的數字化技術可以實現礦山信息采集處理的三維視圖技術，將實際測量所得到的數據處理為三維立體圖形，進而為企業管理者和工作人員提供實際的分析和判斷數據。Maya 和3D SMAX 是三維立體設計中最常用的應用軟件，Maya 的功能較為全面，基本功能有三維效果功能、外加建模、布料和運動等動態功能，在操作上較為簡單，因此有極大的實用性，更適合推廣應用。

7.3 數字化應用的重要性

在礦產企業的發展過程中，企業管理者要根據自身的實際情況，結合企業自身發展現狀，不斷投入資金，增強專門的專業性數字化人才，進一步推進和落實企業的數字化技術，提高企業的數字化器材操作水平，合理規劃現代礦產資源和開采管理系統。礦產企業工作人員必須緊跟時代和科學技術發展的前沿，將數字化理論知識和操作經驗融會貫通，并有自己新的應用，逐步提高企業自身的技術和數字化水平。當前的數字化潮流是綜合應用，而全站儀、全球衛星定位系統等，企業的使用者和推廣者必須要重視其綜合性，不能單一地看待和加大某一項科技和軟件的過度投入，要結合礦山測量的具體情況和企業的實際發展，有重點、有選擇地積累經驗。

7.4 以數字礦山為基礎開展數字化測量工作

數字礦山是以智能化、信息化帶動當前礦產企業進行更新與創造的現代化發展理念，已得到了廣泛的推廣和應用，有助于當前礦產企業進行綠色開發和可持續發展，實現新型的礦產企業路線。利用數字礦山信息化進行礦山測量有助于加強當前擴展企業管理人員和工作人員的數字化認識，有助于當前礦產企業決策層對數字化測量技術應用的認識，有助于增強礦產企業的自身實力和競爭力，有助于礦產企業實現數字化測量技術和設備儀器的引進，當前的礦產企業應根據相關政策和技術支持，重新明確企業的發展方向，新一步實現現代化礦山測量的發展。

8 結語

總而言之，三維激光掃描儀測量技術能夠及時有效的解決傳統測量工作過程中存在的問題，開展高科學高效率的現代化測量工作，對我國礦山測量工作的穩定發展具有極其重要的作用。