三维激光扫描技术在矿山测绘中的应用武斌敬

三维激光扫描技术在矿山测绘中的应用武斌敬

武斌敬

中国煤炭地质总局水文物测队河北省邯郸市056000

摘要：近些年来，随着我国科学技术不断的发展，科技水平不断的提高，矿山行业的不断壮大，使得矿山测绘工作越来越复杂，需要测绘的工作内容越来越多，传统的测绘技术已经无法满足目前矿山测绘工作的需求。三维激光扫描测绘技术与传统测绘技术相比，拥有精度高、准确度高、方便快捷等优点，具有采样率高、信息分辨率高等优势，因此在矿山测绘中被广泛使用。

关键词：三维激光扫描技术；矿山测绘；应用

引言

数十年之间，矿山测绘技术稳步发展，其机械化水平随之提升。不过，对于现如今矿山测绘工作的需求，传统测绘技术无法充分满足，逐步研究出多种现代化测绘技术，而三维激光扫描技术便是其中一种。与此同时，在矿山企业安全开采与高效生产方面，数字化矿山建设发挥着不可替代的作用，三维激光扫描技术一方面能够构建三维立体模型，另一方面能够将矿山实际地貌地质更为立体的呈现出来，进而促进矿山发展。

1三维激光扫描技术的原理

三维激光扫描技术是运用快速激光扫描，实现对测量目标的持续性、全方位坐标侦测，利用该技术能够快速获取测量目标空间信息，由于测量过程持续且高速化，因此所获取的目标坐标信息量较高，其中使用GPS技术能够有效保证测量的精准性，利用海量的精准坐标信息，可以实现对测量目标物体三维模型的准确构建。三维激光扫描主要使用两类核心技术实现对测量目标的三维建模：一是激光测距原理，激光测距相对于人工测距而言精准度更高，其利用连续激光器或脉冲激光器发生激光，通过反激光反射进行精准测量，连续发射的激光扫描最高测程高达40km，误差不超过2mm，而且通过该技术所获取的侧面目标点位信息多，因此能够实现对测量目标模型点位信息的精准获取，不仅消除了人工测量的误差问题，也能够突破传统单点测量信息量不足的障碍，运用该技术所获取的地形模型基本与实际模型一致，所建立的模型也有更高的分辨率；二是网络信息技术和数字建模技术，该技术主要用于激光测距信息的集中处理与整合，三维激光扫描设备所获取的点位信息通过网络进行快速传输，实现集中整理，所获取信息可以直接录入数字建模软件，实现自动化建模，这能够大幅提升矿山建模效率，同时数字建模技术能够根据数码照片等进行模型数据的形象展示，更好的判断矿藏位置、矿藏深度等信息，这能够对未来矿产采集工作的规划与安排提供了更有效的参考信息。

2矿山测绘分析

三维激光扫描技术以实物为对象，对其进行精确扫描，由此获得三维空间数据，然后通过这一物体三维模型的构建，促使三维激光扫描技术形成。这一技术无需同被测目标接触，能够在该标准基础上以较快速度自动获取三维空间信息数据，相较于传统测绘技术，在很大程度上提高精准度以及分辨率。与此同时，针对散点坐标，该技术首先获得测点信息，对其进行有效组合，使其成为三维信息，不必处理实物表面，可以保证所获取数据的可靠性与真实性。一方面，在矿山中，通过三维激光扫描技术的应用开展精准管理工作。另一方面，相关人员科学应用网络，实时查询矿山信息，重点查询三维模型数据，分析各个时段数据模型，在第一时间掌握目标结构变化等情况，加强矿山安全。在开展矿山测量工作之前，应该进行前期控制测量，提高测绘技术精确度，而GPS是三维激光扫描技术的重要基础，并且该技术是众多矿山测绘技术中精确度最高的一种。在控制测量方面，矿山首级控制测量也是非常重要的一项内容，对测量提出相关要求，必须严格遵守由整体到局部以及分级布网的原则，将水准测量以及三角高程测量两种测量方法应用于测量控制点，通过导线测量方法的应用做好定位。在开展测绘工作过程中，构建与健全矿山信息系统至关重要，该系统以计算机信息技术为依据，对地理信息系统统计与维护等进行精确设置。由于传统测绘技术存在较大弊端，其中的信息技术十分欠缺，导致周期测量等工作面对较为严峻的局面。所以，实现数据库的构建与健全极为必要，进一步促进矿山测绘发展。

3应用措施分析研究

3.1三维激光扫描技术在矿山测绘中的主要应用领域

三维扫描在矿山模型构建中的主要应用场景有如下三类：第一类，待采或开采中矿区的三维模型构建。其中待采矿区三维模型的建立较为简单，直接采用矿区地表点位数据云构建模型即可；开采中矿区三维模型模型的建立需要在矿区内进行扫描，实际扫描过程中需要在矿区巷道内设置三维测量设备，构建巷道模型，相对于外部三维模型构建而言，巷道模型的构建效率略慢，这主要受外部测量条件所限，但相对于传统巷道测量技术在效率和安全性上都有较大优势。第二类，矿区开挖体积计算。该类应用主要出现在露天开采工作条件下，露天开采矿区的开采位置和非开采位置物质有一定差异，采用激光扫描技术可以识别区域特征，可以大致确定所需开挖体积。另外，采用分时模型对比和叠加观察，可以进一步确定矿山开采至最后测量时间点的已开挖体积，计算精度较高，所得结果可用于矿山开采规划、产能和产量分析等。第三类，采空区整理和防护。矿山开采本质上是对自然环境的破坏，其中危害最大的是采空区，采空区会对作业人员安全造成较大风险。而传统测绘技术在采空区测量中的难度较高，也较易发生人身安全风险，利用三维激光扫描技术可消除此类障碍，实现对采空区的精准测量，也能够为采空区实施监测提供技术支持，大幅降低作业安全风险。

3.2三维激光扫描矿山测绘技术对实地勘探的应用

三维激光扫描测绘技术最主要的优点是准确率高、方便快捷。三维激光扫描测绘技术通过假设三脚架的测量方法，对矿山各个数据进行采集，并且对所测量的各项数据进行简单高速处理，从而获得矿山的三维数据。通过三维激光扫描测绘技术可以在很大程度上缩短矿山外部建站时间，高效建立矿山从内到外的立体三维模型。与传统人力测绘相比，三维激光扫描技术很好的展现机械自动化的优势，对矿山的实际情况进行很好的展示，提升了矿山的测绘工作效率，大幅度降低了矿山工作人员的工作强度，三维激光扫描测绘技术成为了矿山测绘的最主要技术。在矿山进行三维测绘的过程中，可以通过建立的三维模型对矿区的地表进行监测，通过建立的三维立体模型可以了解整个矿山的地貌地形，对矿山进行数字化管理。基于三维激光扫描测绘技术的优点，所测得的矿山数据信息都是非常完整的，该技术可以对矿山的详细地理信息进行描述。在利用三维激光扫描测绘技术对矿山进行扫描测绘前，首先要对矿山中的各个巷道以及巷道的周边环境进行人力勘探分析，三维激光扫描仪的放置位置只有在各个巷道的特点确定以后才能确定。在应用扫描仪对矿山进行扫描测绘时，要针对测绘的不同目标对扫描仪进行不同的设置，扫描仪的扫描密度根据各个巷道的不同情况设置也不同。通过建立的三维立体模型，可以很好的对矿山工作人员进行分区布置，大大减小灾难应急危险度，并且对灾难应急救援有很大的帮助。

结语

三维激光扫描是一种新型测绘技术，其利用GPS技术和全站仪等设备进行测绘，相对于传统测绘技术而言有更高的精准性和便利性，能够快速对矿山地质情况进行测绘，极大提升了矿山测绘工作的效率和质量。传统测绘技术无法满足矿山测绘需求，而三维激光扫描技术可以弥补其弊端，该技术基于GPS技术上，有所发展和创新，具有便捷、高效、高精度等鲜明优势，在部分高危地区应用优势更大，能够实现不间断作业。

参考文献

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[2]李鹏宇,姜岳,宗琪等.基于三维激光扫描技术的某金矿采场体积测量与计算[J].金属矿山,2018,V47(04):145-149.

[3]马勇,梅泽.基于三维激光扫描仪测距精度的分析[J].矿山测量,2018(01).