李淑軍

（河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450002）

我國(guó)礦山測(cè)繪行業(yè)具有多年的發(fā)展歷史，礦山測(cè)繪行業(yè)隨著時(shí)代的發(fā)展，測(cè)繪技術(shù)也逐漸擺脫傳統(tǒng)人力測(cè)繪方法，漸漸演變成機(jī)械自動(dòng)化測(cè)繪。在眾多機(jī)械自動(dòng)化測(cè)繪技術(shù)中，三維激光掃描技術(shù)以GPS技術(shù)為基礎(chǔ)，以三維重建技術(shù)為輔，成為一種新型的測(cè)繪技術(shù)。該測(cè)繪技術(shù)將搜集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建計(jì)算，創(chuàng)建模擬的數(shù)字測(cè)繪模型，是目前應(yīng)用最為廣泛的測(cè)繪技術(shù)。礦山測(cè)繪企業(yè)應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)，建立礦山數(shù)字化測(cè)繪系統(tǒng)，不僅可以生動(dòng)形象建立礦山三維立體模型，還可以將礦山的地質(zhì)信息，地理特征以及地形很好的展現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)三維激光掃描技術(shù)對(duì)礦山進(jìn)行高效的生產(chǎn)以及安全管理，三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)對(duì)礦山測(cè)繪有著深遠(yuǎn)的影響。

1 三維激光掃描礦山測(cè)繪技術(shù)對(duì)金屬礦測(cè)定應(yīng)用

目前應(yīng)用于礦山測(cè)繪中的主要測(cè)繪技術(shù)是三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)，該技術(shù)主要是通過(guò)掃描儀對(duì)礦山進(jìn)行測(cè)繪。掃描儀通過(guò)激光脈沖對(duì)礦山進(jìn)行掃描，將激光脈沖設(shè)置定時(shí)發(fā)出驅(qū)動(dòng)，周期性的驅(qū)動(dòng)接收反射信號(hào)，從而獲取各個(gè)測(cè)繪數(shù)據(jù)。然后將獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、三維重建計(jì)算，將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算后可獲取礦山各個(gè)方位的信息，通過(guò)軟件將處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后通過(guò)電腦軟件建立礦山三維立體模型[1]。

1.1 數(shù)據(jù)收集與計(jì)算

三維激光掃描技術(shù)通過(guò)掃描儀對(duì)礦山進(jìn)行全方位掃描，從而獲取礦山在三維空間中的全部數(shù)據(jù)。三維激光掃描技術(shù)是非接觸式測(cè)繪技術(shù)，可以在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)掃描儀對(duì)狂三進(jìn)行自動(dòng)測(cè)繪，掃描儀利用激光探測(cè)礦山，利用時(shí)差測(cè)距作為測(cè)繪主要技術(shù)。掃描儀發(fā)射激光脈沖，通過(guò)反射原理，激光脈沖接觸物體會(huì)再次反射到掃描儀上，通過(guò)測(cè)量往返時(shí)間獲取掃描儀與目標(biāo)物體的距離，從而得到不同目標(biāo)物表面到測(cè)繪儀的距離[2]。其測(cè)繪儀掃描的技術(shù)要求如表1所示。

表1 測(cè)繪儀掃描的技術(shù)要求

注表1中，執(zhí)行范圍必須在取值區(qū)間內(nèi)，否則設(shè)備得到的是一個(gè)假的像，其中激光脈沖大約每3.3皮秒就走1毫米，正是由于激光脈沖的高速傳播，使得掃描儀測(cè)量具有精度高的特性，目標(biāo)物與掃描儀距離計(jì)算公式如下所示：

式中，d為掃描儀與目標(biāo)物的距離，t為光波脈沖往返一次的時(shí)間。三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)是非接觸的測(cè)繪技術(shù)，通過(guò)三維掃描測(cè)繪技術(shù)能夠在短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)獲取礦山三維空間的信息數(shù)據(jù)。三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)相比，擁有精度高、準(zhǔn)確度高、方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，具有采樣率高、信息分辨率高等優(yōu)勢(shì)。

1.2 建立礦山三維立體模型

三維激光掃描技術(shù)通過(guò)掃描儀獲取礦山在三維空間中各項(xiàng)數(shù)據(jù)，測(cè)量的數(shù)據(jù)是精確可靠的。

通過(guò)測(cè)量的數(shù)據(jù)建立礦山三維立體圖，從而對(duì)礦山進(jìn)行精細(xì)化管理。三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)以GPS技術(shù)為主，從礦山整體到局部層層建立三維立體模型。建立模型計(jì)算過(guò)程如下：

式中，yc為目標(biāo)物的高度，yt為目標(biāo)物表面到掃描儀定位的距離，Td為激光從目標(biāo)物到掃描儀所用的時(shí)間，R為目標(biāo)物與掃描儀之間的距離。通過(guò)獲取的數(shù)據(jù)應(yīng)用電腦軟件繪制礦山三維立體模型。

2 三維激光掃描礦山測(cè)繪技術(shù)對(duì)實(shí)地勘探的應(yīng)用

三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)最主要的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確率高、方便快捷。三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)通過(guò)假設(shè)三腳架的測(cè)量方法，對(duì)礦山各個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并且對(duì)所測(cè)量的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單高速處理，從而獲得礦山的三維數(shù)據(jù)。通過(guò)三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)可以在很大程度上縮短礦山外部建站時(shí)間，高效建立礦山從內(nèi)到外的立體三維模型。與傳統(tǒng)人力測(cè)繪相比，三維激光掃描技術(shù)很好的展現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)，對(duì)礦山的實(shí)際情況進(jìn)行很好的展示，提升了礦山的測(cè)繪工作效率，大幅度降低了礦山工作人員的工作強(qiáng)度，三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)成為了礦山測(cè)繪的最主要技術(shù)。

在礦山進(jìn)行三維測(cè)繪的過(guò)程中，可以通過(guò)建立的三維模型對(duì)礦區(qū)的地表進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)建立的三維立體模型可以了解整個(gè)礦山的地貌地形，對(duì)礦山進(jìn)行數(shù)字化管理。基于三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，所測(cè)得的礦山數(shù)據(jù)信息都是非常完整的，該技術(shù)可以對(duì)礦山的詳細(xì)地理信息進(jìn)行描述。在利用三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)對(duì)礦山進(jìn)行掃描測(cè)繪前，首先要對(duì)礦山中的各個(gè)巷道以及巷道的周邊環(huán)境進(jìn)行人力勘探分析，三維激光掃描儀的放置位置只有在各個(gè)巷道的特點(diǎn)確定以后才能確定。在應(yīng)用掃描儀對(duì)礦山進(jìn)行掃描測(cè)繪時(shí)，要針對(duì)測(cè)繪的不同目標(biāo)對(duì)掃描儀進(jìn)行不同的設(shè)置，掃描儀的掃描密度根據(jù)各個(gè)巷道的不同情況設(shè)置也不同。通過(guò)建立的三維立體模型，可以很好的對(duì)礦山工作人員進(jìn)行分區(qū)布置，大大減災(zāi)難應(yīng)急小危險(xiǎn)度，并且對(duì)災(zāi)難應(yīng)急救援有很大的幫助。

3 結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)人力測(cè)繪相比，三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)擁有精度高、準(zhǔn)確度高、方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，具有采樣率高、信息分辨率高等優(yōu)勢(shì)，使用性能非常強(qiáng)。本文通過(guò)數(shù)據(jù)收集與計(jì)算、建立三維立體模型完成了三維掃描測(cè)繪技術(shù)的工作流程，礦山應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)可以很好的對(duì)礦山實(shí)際情況進(jìn)行展示。通過(guò)三維激光掃描技術(shù)對(duì)礦山進(jìn)行高效的生產(chǎn)以及安全管理，三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)是最新型的測(cè)繪技術(shù)。