三維激光掃描測(cè)量技術(shù)在智慧礦山中應(yīng)用

李建洪，王文凱，張得龍

（西部礦業(yè)股份有限公司錫鐵山分公司，青海 海西 816203）

在科學(xué)技術(shù)高速的發(fā)展背景下，三維激光掃描技術(shù)也獲得了極大地發(fā)展，該技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用對(duì)測(cè)繪工作起到了巨大的推動(dòng)作用。該技術(shù)功能非常強(qiáng)大，能夠開展實(shí)景復(fù)雜掃描，而且測(cè)量過程中不需要與測(cè)量對(duì)象進(jìn)行接觸，能夠針對(duì)被測(cè)物體開展高速的掃描測(cè)量，獲得精準(zhǔn)而又豐富的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。并在三維重構(gòu)基礎(chǔ)上對(duì)礦山的實(shí)際開采狀況進(jìn)行再現(xiàn)，測(cè)量成果可導(dǎo)入三維礦業(yè)軟件，為生產(chǎn)計(jì)劃的調(diào)整和儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)管理提供高精度原始數(shù)據(jù)，提高了礦山技術(shù)管理水平。同時(shí)，極大地推動(dòng)了智慧礦山的發(fā)展[1]。為此對(duì)智慧礦山中該技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析探討，以供參考。

1 智慧礦山建設(shè)中三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

為了實(shí)現(xiàn)礦上建設(shè)智慧化，加強(qiáng)礦上數(shù)字化建設(shè)更加凸顯出起重要性，這就需要獲得精準(zhǔn)而又豐富的礦山信息，在此基礎(chǔ)上建立三維礦山模型，才能推動(dòng)智慧礦山建設(shè)的發(fā)展。三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用測(cè)地打破了傳統(tǒng)測(cè)量手段的弊端，可以開展礦山實(shí)景復(fù)制測(cè)量，不僅具有非常高的測(cè)量精度，而且大大提升了測(cè)量效率，獲得的信息也非常的全面，并且能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的測(cè)量，具有非常高的自動(dòng)化水平，這對(duì)智慧礦山建設(shè)而言是非常重要的，為其建設(shè)提供了很好的技術(shù)支撐[2]?，F(xiàn)在該技術(shù)在智慧礦山建設(shè)中的一個(gè)用主要體現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：①通過該技術(shù)能夠?qū)⒌V山的地形情況、建筑物和采場(chǎng)情況與采礦巷道和相關(guān)管線以及設(shè)備使用、尾礦庫(kù)等信息進(jìn)行掃描，并輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，便于開展相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析與瀏覽，進(jìn)行數(shù)字礦山建設(shè)，為礦山的精細(xì)化管理提供支持。②在該技術(shù)的應(yīng)用下，能夠全面的獲取三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)智慧礦山模型的建立提供支撐，重現(xiàn)虛擬礦山，通過該模型進(jìn)行金礦實(shí)體信息與巷道三維模型的建立，達(dá)到只管設(shè)計(jì)三維立體的效果。③空區(qū)數(shù)據(jù)的獲取更加的精準(zhǔn)與高效，便于單個(gè)空區(qū)三位形態(tài)的獲取，同時(shí)對(duì)需要的體積、面積以及距離等信息進(jìn)行任意的量取，科學(xué)的分析和判斷現(xiàn)狀與治理情況，更好的保障礦山安全。

2 三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用與方向

（1）三維立體化礦區(qū)管理。通過該技術(shù)的應(yīng)用來獲取礦區(qū)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并在礦山專業(yè)三維軟件中進(jìn)行輸入，通過有效的篩選以及整理之后，能夠在軟件自動(dòng)功能下生成三維空間實(shí)景信息，進(jìn)而為礦山的數(shù)字化管理提供參考，實(shí)現(xiàn)智慧礦山的建設(shè)。

（2）地下三維立體化管理。與地表相比，礦山地下的情況是變化非?？斓模邕M(jìn)行巷道掘進(jìn)以及采空區(qū)和充填區(qū)，還有安裝井下施工設(shè)備等情況，都會(huì)在礦山采礦作業(yè)的進(jìn)程中產(chǎn)生快速的變化。所以對(duì)于井下三維數(shù)據(jù)的及時(shí)獲取具有非常重要的意義。而通過三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)⑾锏乐械母鞣N信息完整的記錄下來，同時(shí)在巷道表面進(jìn)行高清晰照片的附著，能夠進(jìn)行縮小和放大等，這為相關(guān)技術(shù)人員的編錄提供了良好的基礎(chǔ)，使過去手工素描記錄的方式得到了全面代替，并精準(zhǔn)的記錄下各種斷層與細(xì)小的紋理。在巷道壁上附著巷道刻槽化驗(yàn)數(shù)據(jù)，與巷道探礦實(shí)際和鉆孔情況以及工業(yè)品位等信息，在確定的地質(zhì)推算公式下，便可將礦體邊界情況進(jìn)行智能計(jì)算，對(duì)礦體準(zhǔn)確圈定，并對(duì)各個(gè)礦塊的金屬品位與金屬量進(jìn)行計(jì)算。建立井下巷道機(jī)械設(shè)備與相關(guān)設(shè)施模型，通過數(shù)據(jù)通訊，不但能對(duì)設(shè)備信息進(jìn)行查看，而且還能實(shí)時(shí)的了解設(shè)備運(yùn)行參數(shù)與狀態(tài)，提升設(shè)備的智能化維護(hù)效果。在巷道模型前提之下，實(shí)現(xiàn)了公司人員的虛擬定位現(xiàn)實(shí)，對(duì)工人的工作情況進(jìn)行真實(shí)重現(xiàn)，同時(shí)也可對(duì)工人的工作軌跡進(jìn)行巷道外觀看。巷道三維模型的精準(zhǔn)性，為地面操作鑿巖機(jī)以及鏟運(yùn)機(jī)提供了有力支撐，推進(jìn)了井下無人開采與智能化開采的效果，有效控制和降低井下作業(yè)人員的數(shù)量，大大提升礦山生產(chǎn)的安全性。將安全檢測(cè)設(shè)備嵌入到巷道模型之中的具體位置，當(dāng)有異常在此位置出現(xiàn)時(shí)，便可引發(fā)異常的監(jiān)測(cè)信息，通過高亮報(bào)警，在模型中顯示，提升三維可視化安全監(jiān)測(cè)。如通過三維立體直觀展示一氧化碳超標(biāo)情況，并對(duì)員工進(jìn)行有效的安全培訓(xùn)，增進(jìn)員工對(duì)此方面的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)員工的培訓(xùn)實(shí)效。在可視化的巷道三維展示下，能夠大大提升礦山的安全管理水平。

（3）變形在線監(jiān)測(cè)。由于物體變形造成的礦山災(zāi)害有很多，如空?qǐng)雒绊斠约暗貕鹤冃魏筒煽諈^(qū)塌陷以及山體滑坡等所以學(xué)要針對(duì)這些物體進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)。而三維激光掃描技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)的對(duì)物體進(jìn)行連續(xù)在線檢測(cè)，同時(shí)可以更具報(bào)警值迅速地進(jìn)行警報(bào)信息的發(fā)出，通過電腦便可準(zhǔn)確的定位報(bào)警位置與報(bào)警值，為相關(guān)應(yīng)急預(yù)案的開展提供參考。而三維激光掃描技術(shù)不僅能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)物開展快速的監(jiān)測(cè)，而且提供的數(shù)據(jù)非常豐富，能夠在監(jiān)測(cè)物表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)全面獲取的前提下，建立每一幅的數(shù)據(jù)模型，同時(shí)能夠?qū)⑦@些模型進(jìn)行有效的疊加，不但能將部分變化的模型顯示出來，而且還能針對(duì)變形情況對(duì)其體積進(jìn)行計(jì)算或開展多種模擬計(jì)算，對(duì)礦山生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

3 結(jié)語(yǔ)

在礦山測(cè)量過程中三維激光掃描技術(shù)發(fā)揮著巨大的作用，通過該技術(shù)手段的應(yīng)用，為智慧礦山建設(shè)提供了良好的技術(shù)支撐，相較于傳統(tǒng)的測(cè)量手段，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更加的明顯，具有非常廣泛的測(cè)量范圍，能夠針對(duì)滑坡、冒頂以及塌方等問題開展測(cè)量，也可對(duì)采場(chǎng)和航道等陰暗潮濕的區(qū)域進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)，其自動(dòng)化水平非常的高，給予無線網(wǎng)絡(luò)，能夠自動(dòng)的采集三維信息，大大降低了人工的干擾。并且三維激光掃描技術(shù)，能夠達(dá)到仿真技術(shù)的效果，通過在三維軟件中導(dǎo)入點(diǎn)云數(shù)據(jù)，便可將礦山采礦的整體情況展現(xiàn)出來，虛擬實(shí)景展示，有一種親臨其境的效果。最后該技術(shù)的信息量非常大的，空間表面的裂隙、懸掛物等豐富的信息，能夠達(dá)到傳統(tǒng)測(cè)量手段難以實(shí)現(xiàn)的效果樣式。在現(xiàn)代高速的時(shí)代發(fā)展背景下，三維激光掃描技術(shù)也會(huì)突飛猛進(jìn)，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)，其應(yīng)用前景也會(huì)越來越廣闊。