淺析三維激光掃描技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用

楊 毅

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局五總隊(duì)，貴州 安順 561000）

1 概述三維激光掃描技術(shù)

隨著社會的發(fā)展，各項(xiàng)技術(shù)得到了較大程度的提升。在礦山工程的測量方面，三維激光掃描技術(shù)得到了快速發(fā)展和技術(shù)提升。三維激光掃描技術(shù)作為一種具備實(shí)景復(fù)制能力的技術(shù)，在測繪領(lǐng)域得到了良好的發(fā)展，其不僅突破了傳統(tǒng)的單點(diǎn)測量方式，還具備了較高的測量效率、較高的測量精度，能夠?qū)呙璧降奈矬w表象為三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；其在高速激光測量的過程中，能實(shí)現(xiàn)大面積高分辨的獲取物體信息，快速、大量采集空間點(diǎn)位資料，進(jìn)而建立三維影像模型[1]。因此，三維激光掃描技術(shù)具備了快速、高效、高精度、實(shí)時、動態(tài)、自動、數(shù)字化的技術(shù)特點(diǎn)。

從當(dāng)前市場上具備的三維激光掃描儀進(jìn)行分析，主要是由數(shù)據(jù)采集等的硬件部分和數(shù)據(jù)處理等的軟件部分等組成。按照載體的不同可將三維激光掃描系統(tǒng)分為機(jī)載式、車載式、地面式及手持式等多種形式。按照測量方式的不同，可以分為脈沖式、相位差式、三角測距式；按照用途可分為室內(nèi)型（短距離）和室外型（長距離）。三維激光掃描技術(shù)主要利用激光測距的工作原理，以物體的三維坐標(biāo)、反射率和紋理為表象，快速復(fù)制被測物體的點(diǎn)、線、面及體等方面的數(shù)據(jù)，逐步形成立體影像。從當(dāng)前的三維激光掃描儀可以知道，其基本具備三維測量、快速掃描等特性。因此，三維激光掃描技術(shù)在較多領(lǐng)域都具備良好的市場前景，如文物古跡的保護(hù)、工程測量、礦山研究、工廠改造、數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通安全、災(zāi)害評估、地質(zhì)地形、軍事分析等[2]。

2 三維激光掃描技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用分析

2.1 在礦山地形及地質(zhì)測量方面的應(yīng)用

在礦山工程項(xiàng)目中，其地質(zhì)、地形相對比較復(fù)雜，在測量的過程中亦存在一定的工作難度。因此，地面三維激光掃描系統(tǒng)的使用，在極大程度上降低了測量的工作難度，節(jié)省了礦山測量工作人員的測量時間，進(jìn)而提高了測量的工作效率和工作質(zhì)量，極大程度的降低了測量過程中存在的危險，在一定程度上保障了礦山工程項(xiàng)目的安全性[3]。例如，在某礦山工程項(xiàng)目中，測量工作人員利用脈沖式的地面三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行測量，采集地質(zhì)、地形及地貌的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至設(shè)備終端，以點(diǎn)云數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行存儲。在設(shè)備終端處理器上先將物體的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再結(jié)合雜音消除、多視角對齊、數(shù)據(jù)簡化及多視圖三維重建的方式，逐步將物體影像展示出來。在此過程中，三維激光掃描技術(shù)的使用充分體現(xiàn)了現(xiàn)代技術(shù)的信息化、數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)了信息化與數(shù)字化的相互轉(zhuǎn)變[4]。因此，在礦山地形及地質(zhì)的測量方面，三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用，大大降低了礦山的測量成本，同時還提高了測量精度，進(jìn)而推動了三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。

2.2 在礦山井下測量方面的應(yīng)用

礦山井下測量工作是一項(xiàng)具有較強(qiáng)隱蔽性、不確定性、危險性的礦山測量工程，在測量的過程中極易受到井下諸多因素的影響，進(jìn)而極大程度地限制了井下測量數(shù)據(jù)的真實(shí)性、客觀性、有效性和準(zhǔn)確性，使得井測量工作的相關(guān)人員及技術(shù)受到了國家及相關(guān)單位的高度重視。因此，隨著三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展以及在礦山測量工作中的成功應(yīng)用，推動了其在礦山主溜井測量工作中的開展。

在某礦山井下的測量工作中，采用三維激光掃描技術(shù)，分別進(jìn)行現(xiàn)場踏勘、掃描實(shí)施來獲取數(shù)據(jù)，同時配合點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理、點(diǎn)云拼接、數(shù)據(jù)建模和三維模型建立等主要程序，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對礦山井下情況進(jìn)行實(shí)地測量，保障井下數(shù)據(jù)的真實(shí)和可靠。例如，在某工程中，采用三維激光掃描技術(shù)對井下情況進(jìn)行測量，從數(shù)據(jù)采集到相應(yīng)的成果分析發(fā)現(xiàn)：三維激光掃描技術(shù)實(shí)地全面地測量了礦山的井下情況，成功預(yù)防了井下施工安全事故的發(fā)生，提高了井下工作者的生命安全等級，保障了礦山開采的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 在礦山土方測量方面的應(yīng)用

在礦山的開采過程中，大量的廢土挖出，就有一定的廢土需要進(jìn)行堆積；礦山工程開采完成后，廢棄土方又需要進(jìn)行運(yùn)輸和轉(zhuǎn)移。因此，在礦山的土方測量中，三維激光掃描技術(shù)具有良好的市場前景。在礦山土方測量中，三維激光掃描技術(shù)以礦山或土方為主要測量對象，采用以時間測距的形式來完成物體空間位置的確定，以特定的計算形式來確認(rèn)物體的實(shí)際距離和大小，主要程序包括：數(shù)據(jù)采集、點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理、土方量計算。通常情況下，礦山土方的測量一般會選取基于脈沖式的地面三維激光掃描系統(tǒng)，以地面的信號反射為基礎(chǔ)，脈沖式信號為條件，分別獲取物體三維空間中的點(diǎn)位坐標(biāo)，同時結(jié)合三維立體影像來實(shí)景轉(zhuǎn)化，進(jìn)而獲得礦山的實(shí)際土方數(shù)量。例如：在某工程的土方測量中，主要采用基于脈沖式的地面三維激光掃描技術(shù)，其以激光二極管來實(shí)現(xiàn)周期性的脈沖發(fā)射，并由探測器來接受反射信號，在精準(zhǔn)時鐘的配合下實(shí)現(xiàn)了發(fā)射信號與反射信號的時間差計算，在特定計算規(guī)則下，成功得出了土方的具體數(shù)據(jù)，進(jìn)而準(zhǔn)確計算了運(yùn)輸車輛，節(jié)省了大量的運(yùn)輸成本和時間，降低了人力、物力和財力的消耗，提高了相關(guān)人員及設(shè)備的工作質(zhì)量和工作效率，為相關(guān)工程的土方測量提供了一種高效、快捷、方便的解決方案，推動了三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展[4]。

3 結(jié)語

在礦山工程中，測量工作是貫徹整個工程的重點(diǎn)工作。前期的地形地質(zhì)、礦山礦量等的測量，施工過程中礦井、礦坑、礦土等的測量，采礦完成后相應(yīng)土方、礦井等的測量，以及整個工程中的應(yīng)急預(yù)案等都可以采用三維激光掃描技術(shù)，同時，結(jié)合三維激光掃描技術(shù)的高精確度、高準(zhǔn)確度、高效快捷、高采樣率、高分辨率的使用特性，拓展了其在礦山工程測量方面的應(yīng)用前景，提升了三維激光掃描技術(shù)的市場應(yīng)用價值，推動了礦山事業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。