三維掃描技術(shù)在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用

戴保艷

（云南磷化集團(tuán)有限公司，云南 昆明 650000）

對于礦山儲量的動態(tài)監(jiān)測過程，一般利用的外業(yè)測量，是利用全站儀收集信息，內(nèi)業(yè)測量則是SD法，根據(jù)最佳結(jié)構(gòu)曲線斷面積分儲量原理，來考量礦山儲量。利用全站儀等設(shè)備儀器對礦山儲量進(jìn)行檢測，一般要按點(diǎn)依次采集，測量內(nèi)容多，效率慢，內(nèi)業(yè)分析與圖形編輯任務(wù)重，難以便捷高效的完成礦產(chǎn)資源儲量測量工作。三維激光掃描技術(shù)的更新推廣，能夠解決以往測量方式的缺陷，實(shí)現(xiàn)礦山儲量的智能化動態(tài)監(jiān)測。

1 三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

三維激光掃描儀屬于一種先進(jìn)的測繪儀器，能夠高效準(zhǔn)確的收集到測量對象的三維影像信息，測繪人員能夠一改以往對測量數(shù)據(jù)的處理方法，投入到全新的數(shù)據(jù)庫分析和科研階段。

推廣三維激光掃描技術(shù)，能夠在一定程度上提高礦山儲量動態(tài)監(jiān)測的效果和高度精確性。結(jié)合全站儀進(jìn)行測量，易于操作，能夠?qū)Χ鄠€點(diǎn)位同步測量，得出礦山資源的實(shí)際坐標(biāo)和高程情況，明確礦堆的基準(zhǔn)面與邊界，再利用處理軟件采取深入的探究，對比各個點(diǎn)位信息，得出更科學(xué)準(zhǔn)確的量算數(shù)據(jù)。

三維激光掃描儀在礦業(yè)領(lǐng)域有了大范圍的推廣應(yīng)用，對于礦床監(jiān)測分析，一般對礦體取樣提供數(shù)據(jù)參考，對礦體礦床進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測，對礦體結(jié)構(gòu)實(shí)施勘測分析；可高效收集礦山資源信息，描繪云圖，完成高效控制；可對巷道實(shí)施三維測量，對恢復(fù)變形監(jiān)測有著重要的參考依據(jù)。

2 礦山掃描及精度分析

這次試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是廣州從化某礦山，該礦山屬于露天開采臺階式，巖石分布花崗巖居多，目前開采范圍在15＊104m2。

2.1 外業(yè)掃描

（1）掃描儀器與數(shù)據(jù)處理軟件。此次試驗(yàn)利用的瑞士徠卡公司研制的三維激光掃描儀C10設(shè)備，掃描速率能滿足50 000 點(diǎn)/ S，采集過程中，其點(diǎn)位密度分為常規(guī)、高密度、超密度三種，能符合各項(xiàng)目需求；模型表面精度、標(biāo)靶精度能實(shí)現(xiàn)2mm，掃描距離在300m。對于接下來的云數(shù)據(jù)分析，則是利用徠卡 C10 三維激光掃描儀中自帶的 Cyclone 功能進(jìn)行分析。

（2）掃描方法與作業(yè)流程。在此次試驗(yàn)中，我們的三維掃描根據(jù)標(biāo)靶進(jìn)行信息采集工作，標(biāo)靶一般規(guī)格是3英寸圓形標(biāo)靶。通過分析礦區(qū)所屬區(qū)域和施工環(huán)境，這次掃描一共由4個測站來實(shí)現(xiàn)，各測站保持間距200m，在外業(yè)掃描過程中，將3個標(biāo)靶確定在通視效果好的地帶，作為任意選擇測站的公共視點(diǎn)。

2.2 數(shù)據(jù)處理

（1）點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接。對外業(yè)掃描過程中，獲取的信息，這里我們利用IGGIII 方案的加權(quán)總體最小二乘法中的點(diǎn)云球面擬合計(jì)算辦法，并根據(jù)三維激光掃描儀中自帶的Cyclone軟件中標(biāo)靶拼接，來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云信息拼接操作，在不同的掃描測站中選擇第一站為基準(zhǔn)站，其他測站都是以其為依據(jù)拼接旋轉(zhuǎn)至基準(zhǔn)測站上。

（2）加權(quán)總體最小二乘基本原理。加權(quán)總體最小二乘球面擬合的 EIV 模型為：

該式子中，Y 屬于含偶然誤差 eY的n × 1維觀測向量，A 為含偶然誤差 EA 的 n × 4 維系數(shù)矩陣，X 為待求球面參數(shù):

式中，e舍去了( v2 ，v2 ，v2 ) ( i = 1，2，…，n) 等極小的二次項(xiàng)。

（3）權(quán)函數(shù)選取。因點(diǎn)云數(shù)據(jù)極易受外界環(huán)境干擾，粗差點(diǎn)多而雜，考慮到IGGIII方案對測繪有較好的效果，這篇文章我們利用 IG-GIII 方案對點(diǎn)云數(shù)據(jù)迭代解算時出現(xiàn)的擬合權(quán)陣（ A行向量矩陣初始權(quán)陣PX 、觀測向量 Y 初始權(quán)陣 PY ，且有 P = Pω，P 為修正后權(quán)值，ω 為權(quán)因子）加以調(diào)整，權(quán)因子計(jì)算公式是：

式子中，Vi 屬于殘差，σ 是中誤差，k0、k1是用以調(diào)整權(quán)因子的閾值，結(jié)合中誤差分布概率理論來分析，通常包括: k0= 1.0 ～1.5，k1 = 2.5～3.0。我們假設(shè) Vi = di ，di 為點(diǎn) M( xi，yi，zi) 到擬合模型表面的距離 ，按照 IGGIII 方案對測繪工作產(chǎn)生的影響來看，這里假設(shè) k0、k1分別取值1.5、2.5，也就是表示當(dāng)觀測值 Vi＜σ 時，則可表明該點(diǎn)不存在誤差，其權(quán)因子 ωi 不變，當(dāng) Vi＞ 2． 5σ。時，則可認(rèn)為該觀測值為粗差，要忽略。

2.3 應(yīng)用效果評價

三維激光掃描能實(shí)現(xiàn)的精確度高達(dá)10mm，能夠滿足相關(guān)精度的實(shí)際要求。能夠簡化礦山儲量動態(tài)監(jiān)測的環(huán)節(jié)，減少人力物力的投入，提高工作效率，能實(shí)現(xiàn)預(yù)期要求。

3 結(jié)論

（1）目前三維激光掃描技術(shù)在礦山儲量動態(tài)測量方面應(yīng)用較廣泛，對三維信息的采集效率和建模都有極大優(yōu)勢，然而在實(shí)際應(yīng)用上還有很多不足，影響著礦山測繪的進(jìn)一步發(fā)展，通常有如下幾點(diǎn)我們要注意：①由于激光脈沖的特性，穿透性較弱，僅能采集顯現(xiàn)出來的反射信號，對于有所遮擋的物體；②點(diǎn)云數(shù)據(jù)量大，對計(jì)算機(jī)有嚴(yán)格的要求；③在利用標(biāo)靶進(jìn)行拼接時，因避免受到屏幕分辨率及室外強(qiáng)光的干擾，標(biāo)靶應(yīng)選擇在測站100m內(nèi)。

（2）我們在對礦山信息采集、數(shù)據(jù)處理分析、體積計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換到其它圖形處理軟件等方面，充分發(fā)揮了三維激光掃描儀的優(yōu)勢，論述了三維激光掃描計(jì)算對礦山測繪產(chǎn)生的作用，優(yōu)化了礦產(chǎn)資源動態(tài)監(jiān)測方式，也提高了三維激光掃描技術(shù)的使用頻率。