礦山測繪中GPS三維激光掃描技術的應用

田賓

摘 要：礦山測量工作開展前期需要進行前期控制測量，準確控制測繪技術的精度和設置，三維激光掃描技術作為GPS技術的一種，有方便、快捷、準確和高精度等優(yōu)點，而且就有信息分辨率高、采樣率高等優(yōu)勢，是目前礦山測繪技術中高精度的新型測繪技術，本文主要是從三維激光掃描技術角度分析在礦山數(shù)字化建設中的作用，在對數(shù)據(jù)進行處理后建立三維模型，為礦井下作業(yè)人員提供更加直觀的礦井圖，有利于對礦井進行在線監(jiān)測。

關鍵詞：三維激光掃描技術；數(shù)字礦山；礦山測量

礦山空間三維信息的獲得與傳統(tǒng)測量技術相比有較強的實用性，由于三維激光技術采用非接觸即可測量技術，特別是在地形復雜的山區(qū)可以全天候作業(yè)，更加實用于井下作業(yè)；三維激光測繪技術獲取的是三維信息，可以直觀立體的表現(xiàn)礦山的真是形態(tài)，用該技術測量的三維云點數(shù)據(jù)豐富全面，為數(shù)字礦山提供優(yōu)質的數(shù)據(jù)基礎。礦山測繪技術中采用三維激光測繪技術可以充分發(fā)揮該技術的優(yōu)勢，隨著三維激光技術的發(fā)展，成為測繪領域普遍使用的新型測繪技術，有很廣闊的未來發(fā)展空間。

1三維激光掃描技術的原理

三維激光掃描技術已在測繪領域的應用中發(fā)展了近十年，隨著社會科技的發(fā)展，它已憑借著成本低、快速性、應用范圍廣、便于操作、主動性、高密度、全天候、以及非接觸性等優(yōu)勢，解決了傳統(tǒng)測繪技術的缺陷，它給測繪領域帶來的變化也是極大的，它很好地改善了外業(yè)測繪的工作環(huán)境，提高了其工作效率。三維激光掃描儀主要是地面性的掃描儀，通過激光脈沖發(fā)射周期驅動，由接收透鏡目標接收后向反射信號產生接收信號，最后通過電腦軟件按照計算方法進行原始數(shù)據(jù)處理，從計算中對物體進行全方位掃描后進行整理。該儀器包括軟件和硬件，軟件主要是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，硬件主要分為三維激光掃描儀、電源和支架，整個工程系統(tǒng)流程是方案的擬定和選擇后通過行業(yè)數(shù)據(jù)處理再進行成果輸出。

2礦山測繪的分析

三維激光掃描技術通過掃描實物獲取該物體的三維空間數(shù)據(jù)，在重建該物體的三維模型后成為三維激光掃描技術；該技術通過無接觸被測目標標準，可以快速動態(tài)、實時自動化的獲取目標的三維空間信息數(shù)據(jù)，比傳統(tǒng)測繪技術在精準度和高分辨率方面有很大的提升；三維激光掃描技術主要通過獲取測點信息，將散點的坐標組合成三維信息，不需要對實物表面進行處理，得到的數(shù)據(jù)真實可靠。三位激光掃描技術的使用不僅實現(xiàn)了礦山的精準化管理，工作人員還可以通過網(wǎng)絡對礦山的實時信息進行查詢，特別是對礦山三位模型進行實時的數(shù)據(jù)查詢，對不同時段的數(shù)據(jù)模型進行分析，及時發(fā)展目標的結構變化和位置移動等情況，為礦山安全有指導作用。礦山測量在控制測量中還包括礦山手機控制測量，要求在測量中從整體到局部、分級進行布網(wǎng)的原則，測量控制點采用水準測量和三角高程測量的方法，使用導線測量方法進行全球定位系統(tǒng)定位。建立完善的礦山信息系統(tǒng)是測繪技術開展的重要工作之一，礦山信息系統(tǒng)是根據(jù)計算機信息技術設立地理信息系統(tǒng)的存儲、維護、統(tǒng)計和管理，在傳統(tǒng)測繪技術中因為信息技術不完善，使用技術方法，對測量周期和工作量的增加有很大的挑戰(zhàn)。

3礦山測繪中三維激光掃描技術的應用

三位激光掃描儀技術在使用中快捷方便、動態(tài)、數(shù)字化，測量數(shù)據(jù)有高精度的優(yōu)點，一起可以通過架設三腳架采集數(shù)據(jù)，行業(yè)數(shù)據(jù)處理可以快速進行數(shù)據(jù)傳輸，并可以快速獲取物體的三維數(shù)據(jù)，減少外部設站需要的時間，建立立體模型；與傳統(tǒng)測量手段相比，三維激光掃描技術完善了測繪信息的表現(xiàn)形式，真實反映現(xiàn)實環(huán)境，對提高工作效率和降低勞動力強度有很大的幫助，因此被企業(yè)廣泛應用。

在礦區(qū)測量中，建立礦區(qū)地表的三維模型可以全面掃描整個礦區(qū)的地形地貌，并將掃描得到的三維點云數(shù)據(jù)通過軟件處理后方可得到該區(qū)域的三維實時立體模型，在對建立后的三維模型數(shù)據(jù)進行信息編輯后，實現(xiàn)礦山的數(shù)字化管理；三維激光掃描技術獲取的云點信息較為完整，包括對巷道內詳細信息內容的描述，礦山地理信息及其他附屬設置的描述，通過軟件處理后詳細的反應出巷道內部的三維立體場景，方便井下作業(yè)人員了解巷道具體情況，了解人員活動軌跡。

在進行掃描前對巷道周邊環(huán)境進行勘探，根據(jù)巷道特點確定三維激光測量儀一起的架設位置，并安放在合理的位置；在掃描過程中針對不同掃描目標要求，合理選擇掃描的密度參數(shù)，三維激光掃描儀獲取的數(shù)據(jù)可以與軟件兼容，進行開采場地體積、斷面等信息數(shù)據(jù)的采集和檢核。在建立三維巷道模型的整個礦井下，可以配合井下人員的定位系統(tǒng)，實時掌握井下人員分布，對災難應急救援有一定的幫助。三維激光掃描技術作為高速測量全站儀系統(tǒng)，具有稷山小和受周邊環(huán)境營銷較小的特點，主要采用主動式激光掃描原理完成測量，沒完成驛站掃描儀速度非常快，每個點云數(shù)據(jù)的處理方式不同，三維激光掃描系統(tǒng)可以自動識別實物，在礦山測量中發(fā)揮重要的作用。

結束語

礦山測繪技術歷史悠久，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，礦山測繪及時已經(jīng)具有一定的機械化水平，但礦山傳統(tǒng)測繪技術無法滿足目前測繪技術的需求，越來越多的新型測繪技術成為礦山測繪技術發(fā)展的前提，三位激光掃描技術成為眾多測繪技術中非常重要的一種；數(shù)字化礦山建設是實現(xiàn)企業(yè)高效高產和安全開采的有效途徑，三位激光掃描技術不僅可以建立完成的三維立體模型，還可以真實立體的展現(xiàn)礦山地質地形，是一種全新的技術手段，有利于推進礦山的發(fā)展。

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（作者單位：河北省地礦局第四地質大隊）