三維激光掃描技術與傳統(tǒng)測量技術在礦山測量中的應用比較

胡小峰　王建華

（巴州新礦測繪中心，新疆庫爾勒 841000）

三維激光掃描技術與傳統(tǒng)測量技術在礦山測量中的應用比較

胡小峰王建華

（巴州新礦測繪中心，新疆庫爾勒 841000）

采用激光掃描儀進行地形和礦山測量是目前世界上比較先進的測量技術，具有大面積、高自動化、高速率、高精度的測量特點。利用三維激光掃描技術獲得高密度點云數據進行體積計算，解決了復雜礦山開采與儲量的測量精度問題。本文以諾爾湖鐵礦為例，通過對傳統(tǒng)測量方法的比較表明該方法數據采集快、精度高，具有極高的實際應用價值。

激光掃描技術 土方量計算 南方CASS

采集過程安全簡單。采用激光掃描儀不但可以采用非常高的分辨率進行數據采集，而且能獲得三維數據，因此很容易生成較其它常規(guī)測量方法更為準確的數字高程模型。它比傳統(tǒng)的GPS+全站儀的測量作業(yè)方式，作業(yè)效率更高，優(yōu)勢更明顯，作業(yè)成果完全能滿足高寒地區(qū)地形測量。

1　常規(guī)測量技術的缺點

1.1測量精度低

礦區(qū)位于天山腹地，地勢險峻，切割強烈，海拔在3500m-4400m之間，絕大多數測區(qū)在雪線附近，且有部分測區(qū)為四季冰川，部分冰川上覆蓋有碎石，人在上面不易行走，這給測量工作帶來很大困難。使用常規(guī)測量方法時碎部點的密度不足，進行開采量和礦體儲量計算時，其精度不能保證。目前實際工作中，礦山的開采儲量都是經過多次核算或補做外業(yè)工作來完成，常規(guī)測量技術的落后已嚴重影響了礦山儲量和土方計算的精度。

1.2測量速度慢

常規(guī)測量受人員、儀器、外界條件的影響較大，速度很慢，一個作業(yè)小組正常情況下三個工作日才可以完成該礦山的全部測量工作。采用三維激光掃描儀后一個工作日即可完成同樣的工作量。

1.3安全隱患多

由于露天礦開采面的特殊性，給測量工作人員帶來巨大的不安全性，如陡峭的山體、落石、不穩(wěn)定的礦體、積雪、冰川。不管采取什么保護措施都不能從根本上消除客觀存在的危險。三維激光掃描技術采用非接觸測量方式進行并自動存儲點云數據。

1.4直觀性差

常規(guī)測量采用數據報表，沒有與數據相對應的礦山圖像，監(jiān)管人員無法直觀了解礦山的實際開采狀況。

常規(guī)地質測量的缺陷，決定了它不能滿足礦山儲量動態(tài)監(jiān)管的客觀要求。那么，采用什么樣的技術能做到精度高、速度快又安全呢？

表1

2　RIEGL VZ-4000掃描儀的基本原理

三維激光掃描儀發(fā)射器發(fā)出一個激光脈沖信號，經目標表面漫反射后，沿幾乎相近的路徑反向傳回到接收器，計算目標點與掃描儀距離S，控制編碼器同步測量每個激光脈沖橫向掃描角度觀測值α和縱向掃描角度觀測值β。三維激光掃描測量是儀器自定義坐標系。X軸在橫向掃描面內，Y軸在橫向掃描面內與X軸垂直，Z軸與橫向掃描面垂直，獲得P的坐標。如圖1，2所掃描儀三維計算示意圖和公式。

3　三維激光掃描技術在露天礦測量應用

3.1工作程序

（1）根據礦區(qū)的地形條件，使控制點均勻分布在礦區(qū)四周的邊幫上。

（2）實地掃描開采區(qū)，獲取點云數據。

（3）數據處理:外業(yè)掃描到的點云數據量非常大，既包含有用的數據，也包含車輛、行人、雪、雨等無用的數據，這些無用的數據，我們稱之為噪點數據。這些點云數據必須要經過處理。從點云到測繪成果的實現(xiàn)包括掃描數據分區(qū)、反射片的選取、建立掃描站點云數據模型、點云拼接、坐標轉換、數據抽隙、去噪點、格式轉換，最終生成南方CASS數據文件（圖3，圖4）。

（4）計算開采范圍內的體積和相關儲量數據。

3.2激光掃描技術與傳統(tǒng)測量的比較

通過對剝離后所得礦堆體積的計算發(fā)現(xiàn)用三維激光掃描儀所測點云數據獲得的方量差為1.5萬立方，而常規(guī)測量方法測出的方量差為5.75萬立方米（表1，表2）。

4　結語

三維激光掃描儀運用在礦山測量中，減少作業(yè)人員的危險系數的同時有效地提高了作業(yè)效率，還大大提高土方量的計算精度，且不受地形限制，在平緩和陡峭地區(qū)均可使用。是目前礦山測量中最有效、最快捷、最經濟、最安全的技術手段。

［1］劉建坡，李軍杰，黃繼永.三維激光掃描技術在露天礦測量中的應用.科技信息，2008（22）：647-648.

［2］魏勇.露天礦測量中三維激光掃描技術的應用.學術研究，2012（8）.

［3］王解先，侯東亞，段兵兵.三維激光掃描儀在堆積物體積計算中的應用.測繪通報，2013（7）：54-56.

［4］胡奎.三維激光掃描在土方計算中的應用.礦山測量，2013（1）：70-72.

胡小峰（1982—），男，漢族，湖北隨州人，新疆地礦局第三地質大隊巴州新礦測繪中心，測繪工程師，從事具體工作：工程測量、地籍測量、地理信息系統(tǒng)。