三維激光掃描儀在地質(zhì)礦產(chǎn)的應(yīng)用

儲(chǔ)云志

安徽省地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)院，安徽合肥 230000

1 三維激光掃描技術(shù)概述

三維激光掃描技術(shù)是科技界的一次新的革命，是在GPS定位技術(shù)之后的又一次重要的科技進(jìn)步[1]。三維激光掃描技術(shù)又叫做實(shí)景復(fù)制技術(shù)，顧名思義，其對(duì)實(shí)景的捕捉功能是很強(qiáng)大的。三維激光掃描技術(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量的一次重大突破，在對(duì)實(shí)景進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，具有明顯的高效率性和高精度性[2]。三維激光掃描技術(shù)可以獲得高分辨率的數(shù)字地形模型，因此在礦業(yè)發(fā)展中有很重要的地位[3]。三維激光掃描技術(shù)有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如其快速的測(cè)量，不接觸性，強(qiáng)的穿透性等，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)掃描物體的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，其效果好，效率高，全自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，使得其應(yīng)用的范圍更加廣泛。

2 三維激光掃描儀在地質(zhì)礦產(chǎn)的應(yīng)用

2.1 三維激光掃描儀的工作原理

三維激光掃描儀的主要組成部分包括掃描儀、控制器以及電力供應(yīng)三個(gè)部分[4]。其中，掃描儀的組成主要有激光測(cè)距系統(tǒng)以及激光掃描系統(tǒng)，同時(shí)含有儀器的內(nèi)部控制系統(tǒng)和校正系統(tǒng)。在儀器的內(nèi)部，由2個(gè)同步反射鏡的高速和有規(guī)律的轉(zhuǎn)動(dòng)，來改變激光脈沖發(fā)射體所發(fā)出的窄速激光脈沖的方向，依次掃描被測(cè)位置，由時(shí)間長(zhǎng)短來計(jì)算路程的遠(yuǎn)近。由掃描控制部分來控制和測(cè)量每個(gè)脈沖激光的角度，計(jì)算三維坐標(biāo)。其工作原理圖如圖1所示。對(duì)于激光掃描的觀察數(shù)據(jù)，主要是水平方向的夾角α和天頂距值θ，由脈沖激光的傳播時(shí)間計(jì)算，根據(jù)路程公式計(jì)算從檢測(cè)到物體的距離S，以及掃描位置的反射強(qiáng)度I。一般的坐標(biāo)劃分為橫向掃描面內(nèi)的X軸，與X軸垂直的Y軸和Z軸（圖2）。由公式1計(jì)算得到激光點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

圖1 激光掃描儀測(cè)量的基本原理

圖2 測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算

2.2 三維激光掃描儀在地質(zhì)礦產(chǎn)的應(yīng)用

三維激光掃描儀在地質(zhì)和礦業(yè)方面的應(yīng)用非常廣泛。在地質(zhì)方面的應(yīng)用，包括對(duì)地質(zhì)填圖的編錄，在探礦工程方面的地質(zhì)編錄，以及一些樣本的采樣編錄。通過三維激光掃描儀的使用，能夠?qū)ΦV區(qū)的地形、地貌等進(jìn)行掃描計(jì)算以及繪制，建立相關(guān)的數(shù)據(jù)庫。通過對(duì)地形地貌的測(cè)量繪制以及數(shù)據(jù)庫的建立等，可以使得一些后期的勘探設(shè)計(jì)，具體操作安排等都可以通過數(shù)據(jù)庫而得到信息，減少了大量的外出采集數(shù)據(jù)的程序，在室內(nèi)就可以很好的完成，由此而極大程度的提高了工作的效率和精確度[5]。

三維激光掃描儀在礦業(yè)方面的應(yīng)用也是非常廣泛的。在礦床的勘探方面，三維激光掃描儀能夠用于礦體取樣的指導(dǎo)，礦體礦床的質(zhì)量評(píng)定，對(duì)礦體結(jié)構(gòu)進(jìn)行勘探預(yù)測(cè)，以及數(shù)據(jù)儲(chǔ)備和質(zhì)量分析等方面的應(yīng)用研究。三維激光掃描技術(shù)在礦山方面的應(yīng)用也很多，對(duì)于礦山的數(shù)據(jù)處理，能夠采用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行礦山的數(shù)據(jù)采集，繪制云圖，然后經(jīng)過數(shù)字化的礦山軟件實(shí)現(xiàn)高效經(jīng)濟(jì)的礦業(yè)工作。三維激光掃描技術(shù)能夠?qū)ο锏肋M(jìn)行精確的三維測(cè)量，對(duì)于其修復(fù)變形監(jiān)測(cè)等都具有實(shí)際的指導(dǎo)作用[6]。三維激光掃描技術(shù)能夠完成采礦設(shè)計(jì)，空區(qū)的充填以及安全方面的工作預(yù)測(cè)，對(duì)多個(gè)方面都有科學(xué)的指導(dǎo)意義。對(duì)于一些沉陷等事故，三維激光掃描技術(shù)能夠快速準(zhǔn)確的檢測(cè)到，對(duì)安全生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的保障。

3 結(jié)論

三維激光掃描儀在地質(zhì)礦產(chǎn)方面的應(yīng)用非常廣泛，其發(fā)揮的作用也是其它技術(shù)所不可比擬的。對(duì)于三維激光掃描技術(shù)的研究，在未來的地質(zhì)礦產(chǎn)方面的應(yīng)用，有深遠(yuǎn)的意義。如何更好的進(jìn)行地質(zhì)勘探和礦產(chǎn)探測(cè)，一種好的方法是很重要的，其對(duì)于地形地質(zhì)的研究提供有價(jià)值的參考，對(duì)于礦產(chǎn)的鑒別等，都有很重要的意義。相信在科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展的道路上，三維掃描技術(shù)將會(huì)發(fā)揮自己更大的作用，其對(duì)于地質(zhì)礦產(chǎn)的應(yīng)用研究，將會(huì)有新的突破。

[1]毛方儒，王磊.三維激光掃描測(cè)量技術(shù)[J].宇航計(jì)測(cè)技術(shù)，2005，25(2)：1-6.

[2]張國(guó)輝等.基于三維激光掃描儀的地形變化監(jiān)測(cè)[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2006，6(27).

[3]徐進(jìn)軍，張民偉.地面3維激光掃描儀: 現(xiàn)狀與發(fā)展[J].測(cè)繪通報(bào)，2007(1)：47-50.

[4]宋宏.地面三維激光掃描測(cè)量技術(shù)及其應(yīng)用分析[J].測(cè)繪技術(shù)裝備，2008，2(10).

[5]馬立廣.地面三維激光掃描儀的分類與應(yīng)用[J].地理空間信息，2005，3(3)：60-62.

[6]范海英，楊倫，邢志輝等.Cyra 三維激光掃描系統(tǒng)的工程應(yīng)用研究[J].礦山測(cè)量，2004(3)：16-18.