三維激光掃描技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用與分析

司大剛，王艷娟，柴生亮，李玉霞

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730021）

數(shù)十年之間，礦山測(cè)繪技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展，其機(jī)械化水平隨之提升。不過(guò)，對(duì)于現(xiàn)如今礦山測(cè)繪工作的需求，傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)無(wú)法充分滿(mǎn)足，逐步研究出多種現(xiàn)代化測(cè)繪技術(shù)，而三維激光掃描技術(shù)便是其中一種。與此同時(shí)，在礦山企業(yè)安全開(kāi)采與高效生產(chǎn)方面，數(shù)字化礦山建設(shè)發(fā)揮著不可替代的作用，三維激光掃描技術(shù)一方面能夠構(gòu)建三維立體模型，另一方面能夠?qū)⒌V山實(shí)際地貌地質(zhì)更為立體的呈現(xiàn)出來(lái)，進(jìn)而促進(jìn)礦山發(fā)展。

1 三維激光掃描技術(shù)工作原理

近年來(lái)，我國(guó)科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，隨之影響礦山測(cè)繪技術(shù)，不斷豐富其工作內(nèi)容，并且測(cè)繪工作在測(cè)繪技術(shù)方面提出更高要求，傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)無(wú)法達(dá)到，此時(shí)三維激光掃描技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。三維激光掃描儀主要是地面性的掃描儀，通過(guò)激光脈沖發(fā)生周期驅(qū)動(dòng)，由接收透鏡目標(biāo)接收后向反射信號(hào)產(chǎn)生接收信號(hào)，最后通過(guò)電腦軟件按照計(jì)算方法進(jìn)行原始數(shù)據(jù)處理，從計(jì)算中對(duì)物體進(jìn)行全方位掃描后進(jìn)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)，硬件主要氛圍三維激光掃描儀、電源和支架，整個(gè)工程系統(tǒng)流程是方案的擬定和選擇后通過(guò)行業(yè)數(shù)據(jù)處理再進(jìn)行成果輸出[1]。

2 三維激光掃描技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用

2.1 礦區(qū)Web點(diǎn)云的瀏覽和量算

在礦山中，在獲取點(diǎn)云信息時(shí)，都能夠?qū)⑷S激光掃描技術(shù)作為重要基礎(chǔ)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用，完成照相設(shè)備的搭載工作，這一設(shè)備可以發(fā)揮出重要作用，有利于礦山紋理采集，并且應(yīng)用專(zhuān)業(yè)軟件設(shè)備，做好數(shù)據(jù)處理工作，促使Web點(diǎn)云形成，反映礦山實(shí)際情況。除此之外，量算工作也可由此進(jìn)行，并且得出精確結(jié)果。

2.2 礦區(qū)管理的三維立體化

2.2.1 建立礦區(qū)地表三維模型

在礦區(qū)地表三維模型構(gòu)建過(guò)程中，三維激光掃描技術(shù)供給大量數(shù)據(jù)信息，在完成礦區(qū)中建設(shè)設(shè)施的掃描工作之后，從中獲取相關(guān)點(diǎn)云信息，并且確保其精準(zhǔn)性，完成三維模型的構(gòu)建?？茖W(xué)合理應(yīng)用專(zhuān)門(mén)軟件，確定多種模型屬性，供給充足準(zhǔn)確信息，有利于礦山管理工作開(kāi)展。除此之外，在建立模型時(shí)，還可以將索引目錄應(yīng)用其中，便于人們查看，只需點(diǎn)擊索引目錄便可在較短時(shí)間中進(jìn)入所需要查詢(xún)的界面，進(jìn)一步提高礦山數(shù)字化程度[2]。

2.2.2 對(duì)于礦區(qū)地下巷道實(shí)況，可以直觀呈現(xiàn)

針對(duì)礦區(qū)巷道，通過(guò)三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用收集其中所有數(shù)據(jù)，同時(shí)精確掃描微小變化。從中得到實(shí)際點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以此為依據(jù)構(gòu)建三維模型，直觀呈現(xiàn)巷道實(shí)際情況。對(duì)于巷道內(nèi)部具體狀況，能夠?qū)崟r(shí)了解。同時(shí)，應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)掃描配備于巷道中的設(shè)備，完成模型構(gòu)建，明確實(shí)際狀況。在巷道模型基礎(chǔ)上，能夠處于立體層面上精確定位人員位置，詳細(xì)了解他們的狀況。在所構(gòu)建的模型中，確定所需監(jiān)測(cè)設(shè)備，方便在問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)立體化及可視化。此外，應(yīng)用該模式，開(kāi)展人員培訓(xùn)工作，豐富他們的安全知識(shí)，提升培訓(xùn)水平。

2.3 精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)礦區(qū)開(kāi)挖體積

合理應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)，更為全面的了解露天礦開(kāi)挖實(shí)際狀況，針對(duì)目標(biāo)區(qū)域，定時(shí)進(jìn)行掃描，以所獲取的數(shù)據(jù)信息為依據(jù)，通過(guò)模型直觀呈現(xiàn)各個(gè)時(shí)期的數(shù)據(jù)。再將其疊加開(kāi)展研究工作，能夠從中發(fā)現(xiàn)某個(gè)階段的變化特征，對(duì)開(kāi)挖體積進(jìn)行精確計(jì)算，有利于礦山開(kāi)采作業(yè)。

2.4 采空區(qū)數(shù)字化治理

在開(kāi)展礦山開(kāi)采活動(dòng)過(guò)程中，會(huì)不斷造成破壞，導(dǎo)致眾多采空區(qū)出現(xiàn)，安全隱患極其嚴(yán)重，無(wú)法保證工作人員人身安全以及生產(chǎn)作業(yè)的順利進(jìn)行。更為精確、詳細(xì)地掌握眾多采空區(qū)的實(shí)際狀況，在此基礎(chǔ)上制定有效解決對(duì)策。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用一方面不用接觸測(cè)量目標(biāo)，另一方面可以確保測(cè)量精度，規(guī)避普通測(cè)量技術(shù)弊端，使安全風(fēng)險(xiǎn)大大降低[3]。除此之外，將這一技術(shù)作為重要依據(jù)，更為深入的掌握具體變化情況，實(shí)現(xiàn)可視化監(jiān)測(cè)的目的。

3 礦山測(cè)繪分析

三維激光掃描技術(shù)以實(shí)物為對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行精確掃描，由此獲得三維空間數(shù)據(jù)，然后通過(guò)這一物體三維模型的構(gòu)建，促使三維激光掃描技術(shù)形成。這一技術(shù)無(wú)需同被測(cè)目標(biāo)接觸，能夠在該標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上以較快速度自動(dòng)獲取三維空間信息數(shù)據(jù)，相較于傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)，在很大程度上提高精準(zhǔn)度以及分辨率。與此同時(shí)，針對(duì)散點(diǎn)坐標(biāo)，該技術(shù)首先獲得測(cè)點(diǎn)信息，對(duì)其進(jìn)行有效組合，使其成為三維信息，不必處理實(shí)物表面，可以保證所獲取數(shù)據(jù)的可靠性與真實(shí)性。一方面，在礦山中，通過(guò)三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用開(kāi)展精準(zhǔn)管理工作。另一方面，相關(guān)人員科學(xué)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)查詢(xún)礦山信息，重點(diǎn)查詢(xún)?nèi)S模型數(shù)據(jù)，分析各個(gè)時(shí)段數(shù)據(jù)模型，在第一時(shí)間掌握目標(biāo)結(jié)構(gòu)變化等情況，加強(qiáng)礦山安全。

在開(kāi)展礦山測(cè)量工作之前，應(yīng)該進(jìn)行前期控制測(cè)量，提高測(cè)繪技術(shù)精確度，而GPS是三維激光掃描技術(shù)的重要基礎(chǔ)，并且該技術(shù)是眾多礦山測(cè)繪技術(shù)中精確度最高的一種。在控制測(cè)量方面，礦山手機(jī)控制測(cè)量也是非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容，對(duì)測(cè)量提出相關(guān)要求，必須嚴(yán)格遵守由整體到局部以及分級(jí)布網(wǎng)的原則，將水準(zhǔn)測(cè)量以及三角高程測(cè)量?jī)煞N測(cè)量方法應(yīng)用于測(cè)量控制點(diǎn)，通過(guò)導(dǎo)線測(cè)量方法的應(yīng)用做好定位。在開(kāi)展測(cè)繪工作過(guò)程中，構(gòu)建與健全礦山信息系統(tǒng)至關(guān)重要，該系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)信息技術(shù)為依據(jù)，對(duì)地理信息系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)與維護(hù)等進(jìn)行精確設(shè)置。由于傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)存在較大弊端，其中的信息技術(shù)十分欠缺，導(dǎo)致周期測(cè)量等工作面對(duì)較為嚴(yán)峻的局面。所以，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建與健全極為必要，進(jìn)一步促進(jìn)礦山發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，使得礦山測(cè)繪取得較大進(jìn)步，傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足礦山測(cè)繪需求，而三維激光掃描技術(shù)可以彌補(bǔ)其弊端，該技術(shù)基于GPS技術(shù)上，有所發(fā)展和創(chuàng)新，具有便捷、高效、高精度等鮮明優(yōu)勢(shì)，在部分高危地區(qū)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更大，能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷作業(yè)。