三維激光掃描技術(shù)在礦山測繪中的應用

曲相屹，王 偉，孫曉東，閆力文

（山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司焦家金礦,山東 萊州 261441）

三維激光掃描技術(shù)在礦山測繪中的應用

曲相屹，王 偉，孫曉東，閆力文

（山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司焦家金礦,山東 萊州 261441）

隨著現(xiàn)代科技水平的發(fā)展，礦山測繪技術(shù)工作內(nèi)容越來越廣泛，傳統(tǒng)測繪技術(shù)無法滿足目前測繪工作的需求，目前三維激光掃描是一種新型的以GPS技術(shù)為基礎(chǔ)的測繪技術(shù)，有方便、快捷、準確和高精度等優(yōu)點，而且就有信息分辨率高、采樣率高等優(yōu)勢，在礦山行業(yè)中被廣泛采用，本文主要是從三維激光掃描技術(shù)角度分析在礦山數(shù)字化建設(shè)中的作用，利用云數(shù)據(jù)反應礦山的全景，在對數(shù)據(jù)進行處理后建立三維模型，為礦井下作業(yè)人員提供更加直觀的礦井圖，有利于對礦井進行在線監(jiān)測。

三維激光掃描技術(shù);數(shù)字礦山;礦山測繪

0 引言

礦山測繪技術(shù)歷史悠久，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，礦山測繪及時已經(jīng)具有一定的機械化水平，但礦山傳統(tǒng)測繪技術(shù)無法滿足目前測繪技術(shù)的需求，越來越多的新型測繪技術(shù)成為礦山測繪技術(shù)發(fā)展的前提，三位激光掃描技術(shù)成為眾多測繪技術(shù)中非常重要的一種；數(shù)字化礦山建設(shè)是實現(xiàn)企業(yè)高效高產(chǎn)和安全開采的有效途徑，三位激光掃描技術(shù)不僅可以建立完成的三維立體模型，還可以真實立體的展現(xiàn)礦山地質(zhì)地形，是一種全新的技術(shù)手段，有利于推進礦山的發(fā)展。

1 三維激光掃描技術(shù)的原理

三維激光掃描儀主要是地面性的掃描儀，通過激光脈沖發(fā)射周期驅(qū)動，由接收透鏡目標接收后向反射信號產(chǎn)生接收信號，最后通過電腦軟件按照計算方法進行原始數(shù)據(jù)處理，從計算中對物體進行全方位掃描后進行整理。該儀器包括軟件和硬件，軟件主要是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，硬件主要分為三維激光掃描儀、電源和支架，整個工程系統(tǒng)流程是方案的擬定和選擇后通過行業(yè)數(shù)據(jù)處理再進行成果輸出。

2 礦山測繪的分析

三維激光掃描技術(shù)通過掃描實物獲取該物體的三維空間數(shù)據(jù)，在重建該物體的三維模型后成為三維激光掃描技術(shù)；該技術(shù)通過無接觸被測目標標準，可以快速動態(tài)、實時自動化的獲取目標的三維空間信息數(shù)據(jù)，比傳統(tǒng)測繪技術(shù)在精準度和高分辨率方面有很大的提升；三維激光掃描技術(shù)主要通過獲取測點信息，將散點的坐標組合成三維信息，不需要對實物表面進行處理，得到的數(shù)據(jù)真實可靠。三位激光掃描技術(shù)的使用不僅實現(xiàn)了礦山的精準化管理，工作人員還可以通過網(wǎng)絡對礦山的實時信息進行查詢，特別是對礦山三位模型進行實時的數(shù)據(jù)查詢，對不同時段的數(shù)據(jù)模型進行分析，及時發(fā)展目標的結(jié)構(gòu)變化和位置移動等情況，為礦山安全有指導作用。

礦山測量工作開展前期需要進行前期控制測量，準確控制測繪技術(shù)的精度和設(shè)置，三維激光掃描技術(shù)作為GPS技術(shù)的一種，是目前礦山測繪技術(shù)中高精度的新型測繪技術(shù)，礦山測量在控制測量中還包括礦山手機控制測量，要求在測量中從整體到局部、分級進行布網(wǎng)的原則，測量控制點采用水準測量和三角高程測量的方法，使用導線測量方法進行全球定位系統(tǒng)定位。建立完善的礦山信息系統(tǒng)是測繪技術(shù)開展的重要工作之一，礦山信息系統(tǒng)是根據(jù)計算機信息技術(shù)設(shè)立地理信息系統(tǒng)的存儲、維護、統(tǒng)計和管理，在傳統(tǒng)測繪技術(shù)中因為信息技術(shù)不完善，使用技術(shù)方法，對測量周期和工作量的增加有很大的挑戰(zhàn)。因此需要建立完善的數(shù)據(jù)庫，有助于礦山企業(yè)日后的參考使用。

3 礦山測繪中三維激光掃描技術(shù)的應用

三位激光掃描儀技術(shù)在使用中快捷方便、動態(tài)、數(shù)字化，測量數(shù)據(jù)有高精度的優(yōu)點，一起可以通過架設(shè)三腳架采集數(shù)據(jù)，行業(yè)數(shù)據(jù)處理可以快速進行數(shù)據(jù)傳輸，并可以快速獲取物體的三維數(shù)據(jù)，減少外部設(shè)站需要的時間，建立立體模型；與傳統(tǒng)測量手段相比，三維激光掃描技術(shù)完善了測繪信息的表現(xiàn)形式，真實反映現(xiàn)實環(huán)境，對提高工作效率和降低勞動力強度有很大的幫助，因此被企業(yè)廣泛應用。

在礦區(qū)測量中，建立礦區(qū)地表的三維模型可以全面掃描整個礦區(qū)的地形地貌，并將掃描得到的三維點云數(shù)據(jù)通過軟件處理后方可得到該區(qū)域的三維實時立體模型，在對建立后的三維模型數(shù)據(jù)進行信息編輯后，實現(xiàn)礦山的數(shù)字化管理；三維激光掃描技術(shù)獲取的云點信息較為完整，包括對巷道內(nèi)詳細信息內(nèi)容的描述，礦山地理信息及其他附屬設(shè)置的描述，通過軟件處理后詳細的反應出巷道內(nèi)部的三維立體場景，方便井下作業(yè)人員了解巷道具體情況，了解人員活動軌跡。

在進行掃描前對巷道周邊環(huán)境進行勘探，根據(jù)巷道特點確定三維激光測量儀一起的架設(shè)位置，并安放在合理的位置；在掃描過程中針對不同掃描目標要求，合理選擇掃描的密度參數(shù)，三維激光掃描儀獲取的數(shù)據(jù)可以與軟件兼容，進行開采場地體積、斷面等信息數(shù)據(jù)的采集和檢核。在建立三維巷道模型的整個礦井下，可以配合井下人員的定位系統(tǒng)，實時掌握井下人員分布，對災難應急救援有一定的幫助。三維激光掃描技術(shù)作為高速測量全站儀系統(tǒng)，具有稷山小和受周邊環(huán)境營銷較小的特點，主要采用主動式激光掃描原理完成測量，沒完成驛站掃描儀速度非常快，每個點云數(shù)據(jù)的處理方式不同，三維激光掃描系統(tǒng)可以自動識別實物，在礦山測量中發(fā)揮重要的作用。

4 結(jié)束語

礦山空間三維信息的獲得與傳統(tǒng)測量技術(shù)相比有較強的實用性，由于三維激光技術(shù)采用非接觸即可測量技術(shù)，特別是在地形復雜的山區(qū)可以全天候作業(yè)，更加實用于井下作業(yè)；三維激光測繪技術(shù)獲取的是三維信息，可以直觀立體的表現(xiàn)礦山的真是形態(tài)，用該技術(shù)測量的三維云點數(shù)據(jù)豐富全面，為數(shù)字礦山提供優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。礦山測繪技術(shù)中采用三維激光測繪技術(shù)可以充分發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢，隨著三維激光技術(shù)的發(fā)展，成為測繪領(lǐng)域普遍使用的新型測繪技術(shù)，有很廣闊的未來發(fā)展空間。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.083