楊華祥+張坤梅

摘要：露天礦的測量可以使管理者更好地了解礦區(qū)的開采情況和資源的儲量，是管理者做出相應決策的重要依據，因此保證露天礦測量的精度具有十分重要的意義。傳統(tǒng)的測量方式因為需要人工進行采點，測量速度慢、精確度不高，并且具有一定的安全隱患，使用三維激光掃描技術則可以很好地解決傳統(tǒng)測量方式中遇到的問題。本文主要闡述相比較傳統(tǒng)的測量方式三維激光掃描技術的優(yōu)勢，并通過具體實例進行驗證。

關鍵詞：三維激光；掃描技術；露天礦測量

露天礦測量的主要任務是礦山儲量的測量，測量結果對管理者對于礦區(qū)的監(jiān)管具有重要意義。傳統(tǒng)露天礦測量方式具有一定的缺陷，不能夠準確地反映出露天礦的真實開采情況，并且需要消耗大量的人力物力。而采用三維激光掃描技術則可以提高露天礦測量的精度，測量時間也大幅縮短，能夠給管理者提供更加直觀準確的測量數據。

一、露天礦測量的概念和主要目的

露天礦測量指在露天礦的設計及開采階段，為指導和監(jiān)督露天礦的開采和剝離所進行的一系列的測量。露天礦測量的工作內容主要有： 建立礦區(qū)基礎測量控制網和進行礦區(qū)的地形測量、采場測量、線路測量等地質測量，對露天礦的邊坡穩(wěn)定性進行觀測，計算礦區(qū)的礦體體積，檢驗地質測量成果，計算礦區(qū)儲量以及繪制測量圖和編制年報等。

礦山儲量地質測量是露天礦測量的主要目的。礦山儲量地質測量是以礦山占用資源儲量登記依據的礦產勘查報告或儲量核算報告和上年度礦山儲量年報為基礎，運用礦山測量和礦山地質編錄、礦山采樣測試等技術手段，通過礦山地質資料整理，估算礦山本年度的開采量、損失量以及資源儲量增減量，編制礦山儲量年度報告，對礦山本年度保有資源儲量進行年度結算[1]。

二、傳統(tǒng)露天礦測量方法的缺點

（一）測量精度較低

傳統(tǒng)的地質測量方式是在要測量的礦區(qū)范圍內，選取一些地形特征點，間隔一定距離來進行數據采集，之后根據這些選取的點進行礦體計算，因此，傳統(tǒng)地質測量結果的準確性主要取決于所選取的點的數量、位置和選擇的計算模型。對于比較平坦的礦山開采面來說立尺點的位置和數量有一定的保證，測量結果相對來說比較準確。但由于礦山在開采時會在開采面形成許多不規(guī)則的曲面，尤其對于露天礦，開采面比較復雜，許多地方作業(yè)人員基本無法達到，因此立尺點的位置和數量便不能得到滿足，由于采點之間的距離相對較大，測量結果的精確度便會降低。

根據 《地質礦產勘查測量規(guī)范》（ GB/T18341—2001） 的技術要求，剖面點的高程中誤差不得超過 1/3 等高距[2]。傳統(tǒng)的地質測量技術很難達到這樣的精度要求，從實際測量工作來看，許多礦山的儲量測量都需要結合多種指標如炸藥的用量等來進行多次核算，由于傳統(tǒng)地質測量技術精確度不高，已經嚴重影響了礦山儲量的可信度。

（二）測量速度較慢

傳統(tǒng)的地質測量方式需要人工進行立尺點的確定和測量，在投入人手充足的情況下，一個工作小組在一個工作日一般只能夠測量一個礦山，再加上必須的準備工作和數據測算，一般完成一個礦山的測量工作便需要兩天，而礦山儲量的動態(tài)監(jiān)管時效性很強，短時期內便需要再次進行測量。因此使用傳統(tǒng)的地質測量方式由于測量速度較慢，需要投入大量的人力物力。

（三）存在安全隱患

礦山表面的地質條件復雜，常有山體滑坡、墜巖等情況發(fā)生，傳統(tǒng)的測量技術由于需要測量人員至各個地區(qū)采點，便需要測量人員在陡坡、懸崖峭壁上進行采點測量，具有一定的危險性。

（四）直觀性較差

傳統(tǒng)的地質測量方式只能夠提供測量數據，并沒有直觀的礦山圖像，管理者只能根據數據進行礦山儲量的判斷，無法直觀地了解礦區(qū)的開采狀況。

三、三維激光掃描技術的原理和特點

三維激光掃描技術是指一項基于高密度點云數據進行體積測量計算的技術，使用依據三維激光掃描技術制作的儀器，可以十分快速地對礦區(qū)進行掃描測量，測量精度較高，并且可以提供全景影像圖片，從而達到數據、圖像和礦山開采狀態(tài)的一致。

（一）三維激光掃描技術的原理

三維激光掃描儀器一般包括掃描儀、控制系統(tǒng)和供電系統(tǒng)三部分。掃描儀向外發(fā)射激光脈沖，在接觸到物體后，激光脈沖被反射回掃描儀，根據激光脈沖從發(fā)出到被返回掃描儀的時間來計算物體距離，掃描儀將獲得的物體信息進行處理并自動進行存儲和計算，最終獲得點云數據。最終，使用編碼器根據掃描儀的旋轉角度，計算并獲得每個點的三維坐標值，從而生成三維圖像，最終生成精確的數字模型。

（二）三維激光掃描技術的特點

相比較傳統(tǒng)的地質測量方式，三維激光掃描技術能夠快速獲得測量數據并提供精確完成的礦區(qū)圖像，具有如下特點：

1、無需與礦山實際接觸。三維激光掃描技術采用非接觸掃描目標的方式進行測量，不再需要測量人員親自至礦山進行采點測量，對于比較危險、測量人員不容易接近的情況，利用三維激光掃描技術便可以輕松進行測量。

2、數據采樣率高。測量結果的準確性依賴于采點的位置和數量，使用傳統(tǒng)的測量方法，點的數量選取有限，而采用三維激光掃描儀器的采樣點速率可達每秒數萬點至數十萬點，是傳統(tǒng)測量方法完全無法比擬的。

3、分辨率和精度較高。三維激光掃描技術可以快速、精確地獲取海量點云數據，可以對掃描目標進行高密度的三維數據采集，從而達到高分辨率的目的[3]。

4、數字化采集，兼容性比較好。三維激光掃描技術所采集的數據是通過儀器直接獲取的數字信號，方便后期進行處理及輸出。其數據的后續(xù)處理軟件能夠與其他的常用軟件進行共享和數據交換，兼容性比較好。

四、三維激光掃描技術在露天礦測量中的應用

在對老君山南麓礦區(qū)進行地質測量時，擬對傳統(tǒng)的測量方式和三維激光掃描技術進行比較。

（一）老君山南麓礦區(qū)的基本情況

老君山南麓是正在開采的曼家寨礦段，礦區(qū)位于滇東南坳褶斷帶，包含在南褶皺系西南緣內，老君山起止點為文山與馬關隆起南部的復式背斜，該區(qū)域分布大量變質巖，地質結構較為復雜，地底巖漿處于劇烈活動狀態(tài)，廣泛分布著礦物資源，分別為鋅、錫以及鎢等。長期作用下形成區(qū)域性構造格局，與此同時形成多種不同地形，包括縱向斷裂、復式背斜軸波狀褶曲等。褶曲：例如由南到北方向，銅街至曼家寨之間的背斜為一種典型的寬緩型褶皺，總長度為5千米；銅街～曼家寨背斜為寬緩型褶皺，大致呈南北向，長約5km，軸向為北偏東5°至北偏東20°度，背斜傾斜方向為南，褶皺軸南部低，北部高。斷層：F0斷層出露于曼家寨礦段東部，走向N5°E～N8°W，傾向西，傾角40°～55°；F1斷層出露于曼家寨礦段中部，走向SN～NNE～NNW，傾向西，傾角15°～30°。

（二）兩種測量方式的比較

由于老君山南麓礦業(yè)表面褶皺和斷層較多的地質特點，使用傳統(tǒng)的測量技術在采點上便存在一定的困難，計算的精度也較低，而相較傳統(tǒng)的測量技術，三維激光掃描技術則大大提高了露天礦儲量測量的精度，能夠獲得真實準確客觀的數據。由于老君山南麓礦區(qū)地表結構復雜，使用人工測量存在極大的風險隱患，而使用三維激光掃描技術則很好地解決了這一問題，且節(jié)省了人工和時間。另外，三維激光掃描技術還可以提供高清的立體圖像，可以更加直觀地反應出了礦區(qū)開采的真實情況。因此，三維激光掃描技術明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的測量技術。

總結：相比較傳統(tǒng)的測量技術，三維激光掃描技術在不接觸礦區(qū)的情況下便可以進行測量，采點的數量大幅度提高，因此可以獲得更加準確的數據。由于不需要測量人員親自采點，節(jié)省了人工和時間，也減少了測量人員的安全隱患。三維激光掃描技術還可以提供直觀的三維圖像，準確反映礦區(qū)的現狀?；谌S激光掃描技術的種種優(yōu)勢，必將在露天礦測量中廣泛應用。

參考文獻

[1]劉建坡；李軍杰；黃繼永.三維激光掃描技術在露天礦測量中的應用.科技信息（科學教研） ，2008（22）：647-648.

[2]劉紅旗；項鑫；李軍杰.三維激光掃描原理及其在露天礦測量中的應用.科技資訊，2009（3）：7-8.

[3]張金福.三維激光掃描技術在露天礦測量中的應用分析.門窗，2014（11）：423-424.

[4]雷朝鋒.基于三維激光掃描技術在豫北露天礦測量中的應用研究.測繪與空間地理信息，2014，37（8）：96-98.