礦洞三維建模的技術分析及作業研究

龔 平

（貴州省有色金屬和核工業地質勘查局一總隊，貴州 清鎮 551400）

隨著近些年我國旅游事業的不斷發展，各地先后出現了眾多礦洞項目，并由此生成了諸多的礦洞建模需求。而在以往的礦洞建模工作當中，工作人員大多選擇采用建立實體模型的方式，但由于受到施工條件等因素的影響，導致建模步驟較為復雜、繁瑣、涉及的參數信息眾多，在一定程度上影響了建模效率。因此本文將嘗試立足礦洞實際情況，運用三維建模技術以有效解決這一現實問題。

1 測區概況

為有效研究礦洞三維建模技術與作業，本文將以萬山汞礦18號至3號洞礦洞項目為例。該項目中礦洞總長在1.5公里左右，礦洞寬度大約為2m。而本測區則位于萬山鎮萬山國家礦山公園入口附近，其地理坐標為東經109°12′，北緯27°32′，測區內擁有一個主礦洞和數條支洞。礦洞總共擁有三個采礦區，礦區面積分別約為9.87畝、7.63畝以及3.56畝。為了保障礦洞作業的規范性、有序性，且最終的測繪成果技術規格與質量水平均與用戶實際需求相符合，需要對礦洞進行三維建模。

2 礦洞三維建模與作業分析

（1）前期準備工作。在此次進行礦洞三維建模當中，其最為重要的三大認為分別為數據采集、數據處理以及礦洞作業。為了能夠在切實保障礦洞三維建模質量的基礎上，盡可能提高建模效率，為此工作人員在此番礦洞三維建模中選擇使用一臺掃描效率可以達到每秒976000點數的三維激光掃描儀，用以負責完成各項關于礦洞的信息數據的采集工作。同時搭配使用Scene軟件以及Geomagic Studio 2012模型處理軟件負責快速、精準地完成對采集得到的各項礦洞信息數據的處理工作。此外，還需要各配置一臺性能良好的打印機與五臺計算機，用以為后續的礦洞作業的實施以及監督管理提供必要技術支撐。在正式使用上述儀器設備前，工作人員需要對所有設備儀器進行嚴格的質量檢驗，確保其能夠與作業要求完全符合[1]。在將工程坐標系統作為此次礦洞三維建模項目的坐標系統，并嚴格依照《工程測量規范》等相關技術規范要求，有序開展礦洞三維建模。

（2）采集外業數據。在采集外業數據的過程當中，工作人員首先通過對所測區域進行全方面的實地勘查，確定掃描站點的具體數量并有效明確架設站點的最優位置，從而使得在實地進行數據采集時能夠有最大效率架設基站。通過結合實地勘查結果可知，本項目最佳掃描站點距離為15m，在考慮轉站方便的基礎上，將能夠保障掃描范圍最大化的位置設置為站點架設位置。在依照相關規范要求完成站點的設置之后，需要工作人員采用三維激光掃描儀根據從內到外的順序，依次按照編號進行掃描[2]。在將標靶球放置在制定位置以方便轉站之后，設定掃描儀的各項關鍵參數，此后需要工作人員對掃描儀進行初始化處理，在完成上述操作后方可正式進行掃描。當完成所有站點的掃描工作之后，三維激光掃描儀所獲取的所有信息數據將被統一默認存儲在儲存卡當中，此時工作人員通過依次移動標靶球，轉站進行下一站掃描。

（3）處理內業數據。在進行內業數據處理的過程當中，工作人員首先需要將三維激光掃描儀當中自帶的內存卡取出，并將存儲在內存卡中的掃描結果復制到計算機當中。隨后需要工作人員啟動與掃描儀相配套的數據處理軟件Scene，將所有需要進行分析處理的掃描數據依次導入其中。而考慮到此次礦洞三維建模當中獲得的掃描數據眾多，掃描站點共計98個，因此需要采用分組處理的方式對各站掃描數據進行拼接處理。

在依次加載每一站掃描結果之后，將對應視圖打開，并軟件識別的標靶球進行準確標記，直至完成所有的標靶球識別后再進行站點拼接。此時工作人員需要將Geomagic Studio 2012（64 bit）軟件打開，進行格式為PTS的點云數據的依次加載，而后依照實際建模需求選擇有效點云分布與數量。此后重新對不需要的點云數據進行整理，便可以進入封裝成模的環節。但考慮到在此次礦洞三維建模當中，礦洞本身屬于不規則圖形，因而需要依照三角網模型構建礦洞三維模型，最后將客戶所需模型數據統一設置成OBJ格式并進行有效保存即可。

3 礦洞三維建模與作業的質量評價管理

在完成所有礦洞三維建模與作業之后，需要嚴格依照《測繪產品質量驗收規定》，由相關負責人與工作人員負責對整個項目的內業以及外業質量進行全面監督檢查，以保障內外業質量與規定要求相符合。值得注意的是，在作業之前需要統一組織所有參加作業的人員進行系統的技術培訓與安全教育，使其能夠扎實掌握基本的操作技能，形成較高的安全意識[3]。在使用各項儀器設備之前可以統一對其進行嚴格的質量檢驗和校正處理，以有效保證測繪儀器設備本身的質量以及規格、性能等滿足相關要求。而在作業期間，需要根據具體工序，分階段依次檢查審核測繪成果與建立的礦洞三維模型，以便可以及時發現其中存在的問題并進行有效糾正。當所有建模和作業工作完成之后，則由單位組織對此次礦洞三維建模工作進行單位級驗收。

根據最終的驗收結果顯示，本項目中使用的三維掃描儀器等設備具有較高的精度，方案設計科學合理，所使用的測量方法精準無誤，在充分利用儀器掃描數據和軟件模型處理下所建立起的礦洞三維模型以及最終獲得的成果數據具有較高的質量水平，與客戶三維模型精度要求相吻合。

4 結語

本文通過以萬山汞礦18號至3號洞礦洞項目為例，對礦洞內三維建模與作業展開分析研究，指出在嚴格依照相關標準要求下借助三維激光掃描儀以及專業的數據處理軟件和模型處理軟件下，所建立的礦洞三維模型滿足各項用戶需求。工作人員也通過依照具體控制流程，逐級、逐項地對該礦洞項目展開了評審工作，使得建模與測繪任務均實現了有序進行。而該三維建模技術在礦洞項目當中所表現出的針對性強、操作簡便等特性也為其在其他礦洞項目中的廣泛運用提供了重要的可行性。在實際操作時，工作人員也需要落實好各項儀器設備的檢驗與校準工作，確定正確的工程坐標系統，合理選擇掃描站點的數量以及站點架設位置等，從而使得三維建模技術的應有效用能夠得到充分發揮。