劉漢勝

摘 要：三維激光掃描是一種新型測(cè)繪技術(shù)，其利用GPS技術(shù)和全站儀等設(shè)備進(jìn)行測(cè)繪，相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)而言有更高的精準(zhǔn)性和便利性，能夠快速對(duì)礦山地質(zhì)情況進(jìn)行測(cè)繪，極大提升了礦山測(cè)繪工作的效率和質(zhì)量。本文主要總結(jié)三維激光掃描在礦山測(cè)繪中的使用原理，并從實(shí)踐應(yīng)用出發(fā)，對(duì)實(shí)際測(cè)繪中使用三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域與應(yīng)用流程進(jìn)行介紹，希望為測(cè)繪工作者提供參考。

關(guān)鍵詞：礦山測(cè)繪；三維激光掃描；礦物測(cè)定；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.069

1 三維激光掃描技術(shù)的原理

三維激光掃描技術(shù)是運(yùn)用快速激光掃描，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量目標(biāo)的持續(xù)性、全方位坐標(biāo)偵測(cè)，利用該技術(shù)能夠快速獲取測(cè)量目標(biāo)空間信息，由于測(cè)量過程持續(xù)且高速化，因此所獲取的目標(biāo)坐標(biāo)信息量較高，其中使用GPS技術(shù)能夠有效保證測(cè)量的精準(zhǔn)性，利用海量的精準(zhǔn)坐標(biāo)信息，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量目標(biāo)物體三維模型的準(zhǔn)確構(gòu)建。

三維激光掃描主要使用兩類核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量目標(biāo)的三維建模：一是激光測(cè)距原理，激光測(cè)距相對(duì)于人工測(cè)距而言精準(zhǔn)度更高，其利用連續(xù)激光器或脈沖激光器發(fā)生激光，通過反激光反射進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，連續(xù)發(fā)射的激光掃描最高測(cè)程高達(dá)40km，誤差不超過2mm，而且通過該技術(shù)所獲取的側(cè)面目標(biāo)點(diǎn)位信息多，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)測(cè)量目標(biāo)模型點(diǎn)位信息的精準(zhǔn)獲取，不僅消除了人工測(cè)量的誤差問題，也能夠突破傳統(tǒng)單點(diǎn)測(cè)量信息量不足的障礙，運(yùn)用該技術(shù)所獲取的地形模型基本與實(shí)際模型一致，所建立的模型也有更高的分辨率；二是網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和數(shù)字建模技術(shù)，該技術(shù)主要用于激光測(cè)距信息的集中處理與整合，三維激光掃描設(shè)備所獲取的點(diǎn)位信息通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行快速傳輸，實(shí)現(xiàn)集中整理，所獲取信息可以直接錄入數(shù)字建模軟件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化建模，這能夠大幅提升礦山建模效率，同時(shí)數(shù)字建模技術(shù)能夠根據(jù)數(shù)碼照片等進(jìn)行模型數(shù)據(jù)的形象展示，更好的判斷礦藏位置、礦藏深度等信息，這能夠?qū)ξ磥淼V產(chǎn)采集工作的規(guī)劃與安排提供了更有效的參考信息。

2 三維激光掃描技術(shù)的特點(diǎn)及其在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

三維激光掃描技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)繪中的掃描技術(shù)而言主要有三個(gè)突出特點(diǎn)：

其一，高效性，通過三維激光掃描技術(shù)獲取單點(diǎn)位信息的速度極快快，耗時(shí)僅需幾毫秒，而且三維激光掃描技術(shù)的實(shí)施環(huán)境要求不高、有效測(cè)量距離較長(zhǎng)，測(cè)量前的準(zhǔn)備工作極為簡(jiǎn)單，準(zhǔn)備工作耗時(shí)只需幾分鐘，后續(xù)測(cè)量中可實(shí)現(xiàn)無人值守的自動(dòng)化測(cè)量，即便有人值守也不會(huì)耗費(fèi)較多時(shí)間，一般進(jìn)行測(cè)量的時(shí)間在數(shù)小時(shí)內(nèi)，另外整個(gè)測(cè)量過程測(cè)量人員不需要與測(cè)量目標(biāo)進(jìn)行近距離接觸，可以進(jìn)一步縮短前期準(zhǔn)備時(shí)間。

其二，信息獲取便利，目前市面上使用率較高的三維激光掃描設(shè)備大多具備自動(dòng)化數(shù)據(jù)輸出功能，可以利用有線或無線網(wǎng)絡(luò)直接向目標(biāo)終端傳輸數(shù)據(jù)，大大降低了人工收集和整理數(shù)據(jù)的工作量，從而有效提升工作效率。

其三，目標(biāo)點(diǎn)位數(shù)據(jù)的采集精度極高。三維激光掃描技術(shù)的有效掃描距離較遠(yuǎn)，實(shí)際測(cè)量所得點(diǎn)位數(shù)據(jù)誤差極?。ㄐ∮?mm），因此通過三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)不需要對(duì)測(cè)量目標(biāo)表面進(jìn)行特殊處理，實(shí)際測(cè)量后的信息無需進(jìn)行復(fù)驗(yàn)和勘誤，所獲取數(shù)據(jù)可以直接錄入軟件進(jìn)行自動(dòng)建模，大大減少人工處理中可能出現(xiàn)的誤差、錯(cuò)誤問題。

3 三維激光掃描技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用領(lǐng)域與流程

3.1 三維激光掃描技術(shù)在礦山測(cè)繪中的主要應(yīng)用領(lǐng)域

三維掃描在礦山模型構(gòu)建中的主要應(yīng)用場(chǎng)景有如下三類：

第一類，待采或開采中礦區(qū)的三維模型構(gòu)建。其中待采礦區(qū)三維模型的建立較為簡(jiǎn)單，直接采用礦區(qū)地表點(diǎn)位數(shù)據(jù)云構(gòu)建模型即可；開采中礦區(qū)是哪位模型的建立需要在礦區(qū)內(nèi)進(jìn)行掃描，實(shí)際掃描過程中需要在礦區(qū)巷道內(nèi)設(shè)置三維測(cè)量設(shè)備，構(gòu)建巷道模型，相對(duì)于外部三維模型構(gòu)建而巷道模型的構(gòu)建效率略慢，這主要受外部測(cè)量條件所限，但相對(duì)于傳統(tǒng)巷道測(cè)量技術(shù)在效率和安全性上都有較大優(yōu)勢(shì)。

第二類，礦區(qū)開挖體積計(jì)算。該類應(yīng)用主要出現(xiàn)在露天開采工作條件下，露天開采礦區(qū)的開采位置和非開采位置物質(zhì)有一定差異，采用激光掃描技術(shù)可以識(shí)別區(qū)域特征，可以大致確定需開挖體積。另外，采用分時(shí)模型對(duì)比和疊加觀察，可以進(jìn)一步確定礦山開采至最后測(cè)量時(shí)間點(diǎn)的已開挖體積，計(jì)算精度較高，所得結(jié)果可用于礦山開采規(guī)劃、產(chǎn)能和產(chǎn)量分析等。

第三類，采空區(qū)整理和防護(hù)。礦山開采本質(zhì)上是對(duì)自然環(huán)境的破壞，其中危害最大的是采空區(qū)，采空區(qū)會(huì)對(duì)作業(yè)人員安全造成較大風(fēng)險(xiǎn)。而傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)在采空區(qū)測(cè)量中的難度較高，也較易發(fā)生人身安全風(fēng)險(xiǎn)，利用三維激光掃描技術(shù)可消除此類障礙，實(shí)現(xiàn)對(duì)采空區(qū)的精準(zhǔn)測(cè)量，也能夠?yàn)椴煽諈^(qū)實(shí)施監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支持，大幅降低作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 三維激光掃描技術(shù)在礦山測(cè)繪中應(yīng)用的基本流程

礦山測(cè)繪中三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用一般分為如下三個(gè)步驟：

第一步，使用三維激光掃描儀快速獲取礦山測(cè)量面、點(diǎn)位信息、地質(zhì)信息。首先通過人工觀察確定礦山地質(zhì)環(huán)境，設(shè)定掃描儀測(cè)繪參數(shù)，包括探頭、Q9線、待采礦藏參數(shù)與實(shí)際執(zhí)行范圍，保證測(cè)繪信息可以反映礦山地址信息。然后實(shí)施激光掃描，獲取礦山待測(cè)面的三維點(diǎn)位信息。

第二步，構(gòu)建三維立體模型。通過獲取的海量點(diǎn)位地質(zhì)信息、三維信息，基于GPS系統(tǒng)進(jìn)行定位，構(gòu)建礦山待測(cè)表面的是立體圖像，由此呈現(xiàn)礦山的整體是三維模型，幫助開采作業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)、作業(yè)檢測(cè)和施工人員更好的了解礦山地質(zhì)范圍、作業(yè)環(huán)境，保證礦山開發(fā)率、開采作業(yè)效率、開采作業(yè)安全管理水平。

第三步，基于所獲取的三維立體模型建立更豐富的礦山信息和數(shù)據(jù)系統(tǒng)，并利用三維激光掃描技術(shù)的實(shí)時(shí)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步提建立動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與先期完善的礦山初始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，用于開采量計(jì)算、開采作業(yè)位置監(jiān)控、采空區(qū)監(jiān)控等，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山的綜合性數(shù)字化管理。

參考文獻(xiàn)：

[1]王繼輝.三維激光掃描技術(shù)在礦山地質(zhì)快速測(cè)繪中的應(yīng)用[J].世界有色金屬，2018（04）.

[2]李鵬宇，姜岳，宗琪等.基于三維激光掃描技術(shù)的某金礦采場(chǎng)體積測(cè)量與計(jì)算[J].金屬礦山，2018，V47（04）：145-149.

[3]馬勇，梅澤.基于三維激光掃描儀測(cè)距精度的分析[J].礦山測(cè)量，

2018（01）.