三維激光掃描儀在露天礦山測量中的應用探究

趙海往，皮廷亮，劉永富

（云南華聯鋅銦股份有限公司，云南 文山 663701）

隨著科技的不斷發展，我國的礦產測繪設備及方法也愈發的先進，這無疑是為露天礦山的測量工作帶來了新的契機。至于礦山測繪設備的具體用途則是在露天礦山的采挖及采挖后的土石填補均需以測量工作為基礎，以此方能確保采挖過程的安全。而基于常規的儀器無論是在測量的精度或效率等各方面均無法滿足現階段的礦山測繪，故唯有積極引進先進的三維激光掃描儀，方能有效克服傳統測量設備測量技術效率低、信息損失大的缺點[1]。與此同時，基于三維激光掃描儀同時還具有較強的拓展性，能可適應不同的空間形態，故能在保證測量的精準性同時生成采區三維數據模型，如此便能最大限度確保測繪人員的人身安全。

1 三維激光掃描儀的優點

因三維激光掃描儀是基于非接觸式的方式來采集相關數據，故能可在獲取物體表面采樣點的三維坐標同時直接為CAD/3DMINE等軟件使用。正是基于此特殊的數據獲取方式，有效彌補了傳統測繪點測量不足的問題。三維激光掃描儀還具備以下優點，如：非接觸性，即指該技術在不接觸目標表面的情況下直接獲取其表面的三維坐標信息，由此便可解決測量危險區域柔性目標的技術難題，且所采集之數據亦能確保其真實性與可靠性；其次便是數據獲取速度快，運用三維激光掃描技術可于每秒掃描數十萬個采樣點，故該技術在獲取大面積目標的空間信息上尤為適用；再次則是實時、動態與主動性。三維激光掃描儀是一種無需外部光源亦可可進行測量的先進技術，而其對目標信息的測量可基于反射激光的回波信號，如此不受時間與空間約束的特征，使得該技術在自動化監控中亦能得以良好運用；除了以上優勢外，三維激光掃描儀技術的特點還包含了穿透性、高密度、高精度以及數字化等。其中，穿透性是基于三維激光掃描儀本身的采樣間距較小但卻有著極高的采樣密度，故即便是掃描不太濃密的植被仍可依靠部分激光達到目標表面，由此便可獲取到包含目標表面等不同層面的幾何信息。而其高密度與高精度是指該技術基于點陣與格網數據等數據采集方式，一來可確保采樣點分布均勻，二來則因其所具備的全自動自適應聚焦功能，故能確保點云數據的均勻精度。至于數字化及自動化特征則是指該技術還具有數字化特征，即擁有較高的可靠度與自動化程度，以此便能為后續的數據處理、格式轉化及數據輸出提供便利。最后也是該技術最便利之處便是支持與外置數碼相機的結合，且正是基于此功能，不僅使得三維激光掃描技術的適用范圍得到了有效擴展，且所獲地面信息也變得更為準確且完整。不僅如此，因使用外置數碼相機，使得該技術在采集物體表面信息的同時還能獲取相應的彩色信息，由此不僅擴展了三維激光掃描技術的應用范圍，也提高了測量數據的準確性。

2 三維激光掃描儀在露天礦山測量中的應用分析

（1）建立地面控制網。針對露天礦山的測量，首要之務便是要基于地面控制網的建立來促使GPS與三維激光掃描儀之間的有機融合，如此方可利用其較高的精準度來對被測物體進行碎部測量，繼而可最大限度提升測量的精準程度。當然，在此過程中，有關三維激光掃描儀的運用還需嚴格按照國家隊礦山測量工作所提出的各項要求，以此在確保測量的全面性同時維護好現場工作人員的人身安全。

（2）建立礦山模型。在露天礦山的測量過程中，采用三維激光掃描技術來進行碎部測量，首要需履行之工作便是搜集碎部點坐標。通過對礦山實施激光掃描來獲取礦山的相關數據，而后通過對所得數據的研究計算得出礦山的相關信息，如DEM數據、數字點云模型等。方便于快速完善礦區、工業場地、隧道三維模型。快速準確的測量礦區相關三維數據，能及時更新所需三維模型，便于指導生產建設。由此建立的礦山模型不僅能還原整個礦山的地質地貌，且能直觀呈現出整座礦山之地形，從而提高露天采場剝離驗方精度。

（3）數字線劃圖的獲取。在借助三維激光掃描儀搜集相關數據并完成露天礦山模型的搭建后，相關人員還可基于三維激光掃描儀本身所具有的高精準度優勢來拼接相應的數字線劃圖來為露天礦山的測量工作提供數據參考。除此之外，在露天礦山測量中運用三維激光掃描儀還能對礦山各項基礎設施數據予以實時監測，包括水塔、辦公樓、控制點等。而以上監測工作亦能充分體現三維激光掃描儀高效率、高精度之優勢，繼而最大限度確保測量安全。

（4）檢測礦區及礦井設施沉降。因針對露天礦山的檢測，應該將礦山安全性的衡量作為重要的標準。相關單位應當積極借助三維激光掃描儀去搜集礦山的點云數據，尤其是要對整個礦區的沉降情況予以全面摸排，以此方能為后續的開采安全提供有力保障。

（5）沉陷區測量。因露天礦山的開采過程可能會遇到此前因坑道開采而遺留下的采空區域，而對于采空區域，稍有施工不慎便可能依法地面沉陷，從而對工作人員的人身安全帶來極大威脅。三維掃描儀的應用，避免了測量人員在野外作業時的安全風險。對此，為避免以上狀況的發生，則可基于三維激光掃描儀技術來搜集點云數據，而后基于空間點云模型的搭建來測算出沉陷的區域面積，以此將方便施工隊伍采取有效策略來解決礦山沉降問題，繼而最大限度保障開采人員的生命安全。

（6）巷道檢測。就井下作業而言，通常是基于三維激光掃描儀掃描，而后基于掃描儀之點云數據反饋來建立相應的巷道模型，如此便可實現對井下開采的管理、檢測及定向測量，繼而最大限度確保井下巷道真實性。

（7）橫斷面測量。因三維激光掃描儀在測量井下礦山的同時還能建立起相應的點云模型，以此不僅能為后續橫斷面劃線圖的生成提供依據，且將為安全部門提供重要之參考數據，方便其進行巷道變形檢測及應力分析。

3 總結

總之，因礦山開采過程一旦遭遇任何阻礙因素均可能導致更嚴重的事故產生，故為切實維護現場開采人員之生命安全，則更需基于對三維激光掃描儀的合理運用，如此既有助于提升開采效率，且通過對關鍵環節重點要素的控制還能最大限度保障工作人員之生命安全，繼而切實維護我國礦山開采工作的有序開展。