三維激光掃描儀在露天礦山測(cè)量中的應(yīng)用

陳國(guó)飛，柏天鈴

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南 文山 663701）

由于露天礦山的地質(zhì)環(huán)境比較特殊，其生產(chǎn)過(guò)程也比較復(fù)雜，這也為其測(cè)量工作帶來(lái)了一定的難度。隨著科技的發(fā)展，我國(guó)礦產(chǎn)的測(cè)繪設(shè)備和方法也越來(lái)越先進(jìn)，這也為露天礦山的測(cè)量工作帶來(lái)了機(jī)遇。露天礦山在采挖與采挖后的土石填補(bǔ)的過(guò)程中，均需要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，以便保證其采挖的安全[1]。但是常規(guī)儀器的測(cè)量精度和效率已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段礦山的測(cè)繪工作，因此就需要引進(jìn)較為先進(jìn)的三維激光掃描儀，它是一種快速立體的測(cè)量設(shè)備，它克服了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)效率低、信息損失大等缺點(diǎn)，能夠?qū)?shí)地環(huán)境信息轉(zhuǎn)換成易于處理的數(shù)據(jù)，信息直觀可視，方便使用，同時(shí)擴(kuò)展性很強(qiáng)，能夠在空間形態(tài)上也能保證其精確性，能夠生產(chǎn)采區(qū)三維數(shù)字模型，進(jìn)而在露天礦山的測(cè)量中被廣泛應(yīng)用。

1 三維激光掃描儀的工作原理

三維激光掃描儀主要由電源供應(yīng)系統(tǒng)、控制器和掃描儀等構(gòu)成，通過(guò)將CCD與儀器內(nèi)部控制等系統(tǒng)相集成，進(jìn)而發(fā)揮出激光測(cè)距與掃描的功能。三維激光掃描儀的操作原理在某種意義上與全站儀器的測(cè)量原理基本相同，都是通過(guò)搭建空間的三角模型獲取被測(cè)量物體的相關(guān)數(shù)據(jù)，如激光測(cè)距的間隔距離和水平方向的距離，進(jìn)而通過(guò)運(yùn)算計(jì)算出較為精準(zhǔn)的三維坐標(biāo)[2]。在三維激光掃描儀中通過(guò)高精度的激光測(cè)距儀再加之激光的引導(dǎo)，將一定轉(zhuǎn)速的發(fā)射棱鏡保持其固定，進(jìn)而通過(guò)激光測(cè)距儀發(fā)射激光，在被測(cè)物體表面產(chǎn)生反射，通過(guò)對(duì)觀測(cè)點(diǎn)和測(cè)站點(diǎn)的距離計(jì)算，并結(jié)合水平方向和豎直方向的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，最終得出高精度的三維空間坐標(biāo)。

2 三維激光掃描儀在露天礦山測(cè)量中應(yīng)用的意義

三維激光掃描儀具有高效率、高精準(zhǔn)、較為直觀具體等優(yōu)點(diǎn)，因此，其廣泛應(yīng)用與露天礦山測(cè)量中。不僅大大節(jié)省了人力和物力，全面提升了開(kāi)采效率，促進(jìn)礦產(chǎn)企業(yè)的穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展[3]。同時(shí)，三維激光掃描儀打破了傳統(tǒng)的掃描方法，是繼GPS定位系統(tǒng)后的又一項(xiàng)革新技術(shù)，通過(guò)在被測(cè)物體上建立云點(diǎn)模型，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)區(qū)域的全面了解和掌握，對(duì)實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)企業(yè)的現(xiàn)代化具有重要的意義。

3 三維激光掃描儀在露天礦山測(cè)量中的應(yīng)用分析

3.1 建立地面控制網(wǎng)

在露天礦山測(cè)量中，首先就需要建立地面控制網(wǎng)，通過(guò)將GPS與三維激光掃描儀器進(jìn)行有機(jī)的融合，利用其較高的精準(zhǔn)度對(duì)被測(cè)物體實(shí)施碎步測(cè)量，完成對(duì)地面控制網(wǎng)的創(chuàng)建。在這個(gè)過(guò)程中要特別注意其用到的三維激光掃描儀的精度需要嚴(yán)格按照國(guó)家對(duì)礦山測(cè)量的要求，符合實(shí)際露天礦山測(cè)量的需求。

3.2 建立礦山模型

在露天礦山測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)用三維激光掃描與進(jìn)行的碎步測(cè)量，并收集碎步點(diǎn)的坐標(biāo)，并對(duì)礦山進(jìn)行激光掃描，進(jìn)而獲取礦山的云數(shù)據(jù)，并對(duì)所得的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行研究計(jì)算，得出礦區(qū)的DEM數(shù)據(jù)，數(shù)字點(diǎn)云模型，進(jìn)而建立礦山模型，以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山地質(zhì)地貌的整體規(guī)劃，直觀記錄礦山的地形，為礦山的安全挖采提供了有效的數(shù)據(jù)資料。

3.3 數(shù)字線劃圖的獲取

通過(guò)三維激光掃描儀對(duì)露天礦山搭建了相關(guān)的開(kāi)采模型后，針對(duì)分辨率為1m的數(shù)字地面模型，就需要對(duì)其實(shí)現(xiàn)線劃圖。在這個(gè)過(guò)程中，相關(guān)的操作人員就需要利用三維激光掃描儀的高精準(zhǔn)度的優(yōu)勢(shì)，利用操作將一些拼接模型生成數(shù)字線劃圖，進(jìn)而為露天礦山的測(cè)量工作提供相關(guān)的數(shù)據(jù)參考[4]。同時(shí)，三維激光掃描儀是的應(yīng)用，還能夠有效監(jiān)測(cè)礦山各種各樣基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)，如控制點(diǎn)、辦公樓、井架、水塔等。可見(jiàn)，在礦山測(cè)繪中應(yīng)用三維激光掃描儀具有效率高、精度高等優(yōu)點(diǎn)。

3.4 檢測(cè)礦區(qū)及礦井設(shè)施沉降

在露天礦山的檢測(cè)中，對(duì)露天工程設(shè)施的監(jiān)測(cè)是其中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是衡量礦山是否安全的關(guān)鍵因素[5]。對(duì)礦山進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)具有重要的意義，是保證邊坡和工作人員安全的重要手段，應(yīng)用三維激光掃描儀，收集礦山的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)收集數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期積累和分析，能夠有效掌握整個(gè)礦區(qū)沉降情況，進(jìn)而為保證整個(gè)礦山開(kāi)采的安全提供依據(jù)。

3.5 沉陷區(qū)測(cè)量

在露天礦山的開(kāi)采過(guò)程中，某些會(huì)存在以前坑道開(kāi)采后遺留下的采空區(qū)域，很容易使地面發(fā)生沉陷，應(yīng)用三維激光掃描儀收集大量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)而在沉陷區(qū)域內(nèi)搭建空間點(diǎn)云模型，在點(diǎn)云模型中測(cè)算出沉陷的面積大小，掌握實(shí)際沉陷情況，采取合理有效的策略解決礦山的沉陷問(wèn)題。

3.6 巷道檢測(cè)

在礦井下面作業(yè)時(shí)，一般利用三維激光掃描儀對(duì)其進(jìn)行掃描，在整個(gè)礦井下面的巷道內(nèi)建立模型，對(duì)井下實(shí)行開(kāi)采管理、巷道變形監(jiān)測(cè)、井下的定向測(cè)量、井下的控制測(cè)量、主巷道的定向與測(cè)量，進(jìn)而保證整個(gè)井下巷道的質(zhì)量安全。

3.7 橫斷面測(cè)量

利用三維激光掃描儀對(duì)井下礦山的進(jìn)行測(cè)量的同時(shí)，也在井下建立了點(diǎn)云模型，進(jìn)而收集相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后生成巷道的橫斷面線劃圖，這將作為重要的參考數(shù)據(jù)供煤礦開(kāi)采的相關(guān)安全部門(mén)進(jìn)行保管和利用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道變形監(jiān)測(cè)及其應(yīng)力進(jìn)行分析。

4 總結(jié)

綜上所述，隨著我國(guó)科技和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，對(duì)礦山的開(kāi)采工作也引起了足夠的重視。將三維激光掃描儀應(yīng)用與礦山的測(cè)量中具有十分重要的意義，能夠在較短時(shí)間內(nèi)獲取較為精準(zhǔn)、客觀、全面的掃描數(shù)據(jù)，大大節(jié)省了人力和物力，提高了開(kāi)采效率。因此，在后期的礦山開(kāi)采過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重點(diǎn)要素的控制，進(jìn)而提出科學(xué)合理的措施提高三維激光掃描儀在礦山測(cè)量中的應(yīng)用。