三維激光掃描技術在礦山測量中的應用

楊彥軍，汪虎福，王 瑞

（1.都蘭金輝礦業有限公司，青海 格爾木 816000；2.青海省金礦資源開發工程技術研究中心，青海 格爾木 816000）

礦山工程是我國國土資源方面的關鍵性工程，其開采工作的順利與否直接關系著我國礦產資源的供應情況；三維激光掃描技術作為現代礦山開采工作中的新技術，成功的解決了地質勘查工作者在礦山工程測量方面的問題。鑒于此，本文以三維激光掃描技術在礦山測量中的應用為主要研究對象，重點講述礦山測量中三維激光掃描技術的應用，旨在對推進礦山持續健康發展有所助益。

1 三維激光掃描技術概述

在上世紀90年代中期，三維激光掃描技術開始出現，該技術是一項非常先進的高新技術，是GPS技術之后，又一項新的測繪技術手段，在測量過程中，利用高速激光掃描技術手段，能夠對測量對象展開高分辨率，大面積的快速測量工作，獲得測量對象的相關三維坐標數據，能夠對空間點位信息展開快速大量測量，為測量對象三維影像模型構建提供了良好的技術支撐，三維激光掃描技術不僅測量迅速，而且具有測量精度高，動態實時的效果，測量過程中不用于測量對象進行接觸，自動化水平非常的高，是測量技術領域一次新的技術革命[1]。

通過三維激光掃描技術對測量物體點云數據獲取過程中，可以根據相關數據進行實體三維幾何模型的構建，由于應用對象的不同，點云數據也存在很大不同，利用三維激光掃描技術處理數據過程當中，所音樂的方法也存在一定差異。對于點云數據進行處理而言，主要包括采集數據以及預處理數據，重建幾何模型和進行模型可視化。為了重建模型，首先必須要進行數據采集。同時，對模型數據進行精確處理之后，點云數據將更加的精準可靠，重建模型過程當中，復雜程度便會得到有效降低，使重建模型的速度以及精確度得到很好保障，預處理數據過程當中，主要是縮減點云數據中的濾波，進行點云數據分割，或者配準與融合等。從建模型過程中主要包括重建三維模型以及保證模型的平滑性，處理成缺的數據以及簡化模型，紋理映射等工作。具體應用階段，需要對該項技術的特點給予充分考慮，并充分分析建模需求，選擇合適的方法與策略來處理相關數據[2]。

在經濟社會高速發展背景下，對于礦山安全生產的要求也在逐步提升，過去應用的礦山測量手段，現已很難滿足當前社會發展需求。將三維技術應用于礦山測量當中，并與現代信息技術手段充分結合，能夠針對地區實際構建相應的信息數據庫，或者構建礦山數字化模型。基于地質模型與數據庫，可以對礦區三維地址數據充分了解和掌握，更好地指導礦山采礦以及安全防護工作，為保障企業安全生產發揮著重要的作用。

2 三維激光掃描技術應用領域

在測繪領域當中，三維激光掃描技術近年來應用不斷普遍起來。特別是一些環境監測以及工程監測城市建設以及礦山采空區監測等應用越來越普遍。同時，三維激光掃描技術在五龍溝礦區采空區地面塌陷監測應用中發揮了重要的作用，大大提高了檢測的數字化水平與可視化水平，為礦山生產提供了有效的指導作用。當前，伴隨科學技術的不斷發展，三維激光掃描技術也獲得了極大的提升，而且計算機硬軟件的不斷發展和三維建模方面的研究逐漸深入，促進三維激光掃描技術應用更加普遍起來。

3 礦山測繪中三維激光掃描技術的應用

3.1 測量主要任務

利用三維激光掃描技術對五龍溝金礦采空區塌陷區治理中發揮了巨大的作用，特別在礦區數字化大比例尺地形圖測繪過程中發揮的作用非常巨大，通過三維數字化技術對礦區采空區塌陷區開展相應監測工作進行數字模型構建，更好地治理采空區塌陷問題[3]。

3.2 研究內容

此次監測過程中利用的三維激光掃描儀為RIEGL（瑞格）VZ-2000型。在確保人眼安全操作前提下，利用該技術手段進行2000m自然表面遠距離掃描，95萬點/s激光發射速度，達到5mm以下的測量精度，不僅可以在線處理波形同時還有回撥數字化功能，能夠接收多回波，對多個目標展開識別，在很多方面的應用都發揮著非常重要的作用。

3.3 野外數據采集、內業數據處理

針對五龍溝礦區采空區以及地表塌陷區開展相應的測量工作，通過三維掃描進行模型構建，同時少苗參照點，詳細而又全面的對采空區數據進行獲取，同時獲取塌陷區以及尾礦庫實際情況，并進行相應模型構建。在該技術支持下，能夠對礦區測量對象空間，實體幾何位置數據進行全面獲取，同時還能對點云發射密度值進行獲取。

參照點具有很強的反射作用，可以更好的確保站點拼接以及點云數據的精確度，各個站應當進行四個高強度反射點布設，獲取相應數據之后，通過RisCANPRO軟件對相關數據開展處理工作，并最終形成DEM模型和生成地形圖。由于各個項目在應用價值與目的上存在很大不同，可以進行各種形式數據輸出，構建DEM模型和生成不同的地形圖，分析其利用價值，空間數據生成之后，為相關工程應用提供有效的參考作用。

4 主要技術創新點

（1）高數據采樣率。可以對目標實體空間信息及時進行獲取，測量過程中超過2000m的自然表面遠距離掃描以及達到95萬點/s激光發射速度，優于5mm的測量精度，能夠及時的獲取測量物體空間三維數據，對實體表面三維信息可以動態化進行測定。

（2）三維激光掃描技術在測量過程中具有主動性和動態性的特點，同時還具有實時性的效果，外部氣壓以及光照條件，不會對三維激光掃描技術的應用造成限制，可以動態化、實時性的對實體目標開展相應測量工作。

（3）非接觸性。三維激光掃描技術在應用過程中是利用激光信號發射，對測量物體返回信號進行接收，來獲取和測量目標表面信息數據，測量過程中，不需要人對測量物體進行直接接觸，所以，該項技術在一些危險區域，如地表塌陷和礦山采空區方面的測量發揮著重要的作用。

（4）穿透性。三維激光掃描技術還具有激光穿透性的特點，如果植被不是非常濃密，可穿透這些植物來對實體表面開展相應測量，并對渠點云數據進行及時獲取，并將物體表面幾何信息充分地反映出來，進行實體模型構建。

（5）三維激光掃描技術還具有密度大，精度高的特點，可以針對目標展開大面積空間測量，通過直接掃描目標來對其特征進行描述，發揮農民網格以及龐大點云的作用來對目標信息進行及時獲取，對目標三維立體模型進行構建，充分地反映其形態。

（6）在實際應用過程中，三維激光掃描技術不僅做月效率快，而且應用周期的，具有非常強的時效性，大大降低了工作過程中的勞動力投入，使成本得到了有效控制，具有很高的應用價值。

5 應用情況分析

在五龍溝礦區應用三維激光掃描技術，開展相應的測量工作，彌補了傳統測量工作存在的不足，過去在地表塌陷區以及采空區，很難進行實時監測，應用三維激光掃描技術，這些問題得到了很好解決，對指導礦山生產發揮了重要的作用，更有效降低了安全事故發生率，這對礦山企業持續健康發展是非常有利的。