三維掃描新技術(shù)在地下礦山測(cè)量中的應(yīng)用

劉志強(qiáng)

摘要：近幾年隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，礦山測(cè)量技術(shù)方面也在進(jìn)行著重大的技術(shù)革新，本文主要通過(guò)三維激光掃描儀的實(shí)際操作，論述三維激光掃描儀以及配套軟件在礦山生產(chǎn)工程中發(fā)揮的作用。結(jié)果表明，三維激光掃描儀在礦山測(cè)量井下工程數(shù)字化過(guò)程中是可行的，而且效率精度極高，能夠滿(mǎn)足礦山井下工程施工指導(dǎo)及安全生產(chǎn)的要求。

關(guān)鍵詞：數(shù)字礦山；礦山測(cè)量；三維激光掃描；點(diǎn)云；模型

礦山測(cè)量，在礦山建設(shè)和采礦過(guò)程中，為礦山的規(guī)劃設(shè)計(jì)、勘探建設(shè)、生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)管理以及礦山報(bào)廢等進(jìn)行的測(cè)繪工作。礦山測(cè)量是礦山建設(shè)時(shí)期和生產(chǎn)時(shí)期的重要一環(huán)。由于礦山測(cè)量工作涉及地面和井下，不但要為礦山生產(chǎn)建設(shè)服務(wù)，也要為安全生產(chǎn)提供信息，以供領(lǐng)導(dǎo)對(duì)安全生產(chǎn)做出決策。礦山測(cè)量的任何疏忽或粗率都會(huì)影響生產(chǎn)或有可能導(dǎo)致嚴(yán)重事故發(fā)生。

數(shù)字礦山是國(guó)家戰(zhàn)略資源安全保障體系的重要組成部分，是評(píng)價(jià)礦山資源生態(tài)環(huán)境的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。數(shù)字礦山建設(shè)是資源可持續(xù)發(fā)展的重要基石，是化解高危行業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的根本途徑。數(shù)字礦山建設(shè)涵蓋內(nèi)容很多，而且在國(guó)內(nèi)剛剛起步，發(fā)展前景廣闊，對(duì)國(guó)家和企業(yè)都是十分重要的，數(shù)字礦山于2008年末被列為國(guó)家“863計(jì)劃”。數(shù)字礦山，是對(duì)真實(shí)礦山整體及其相關(guān)現(xiàn)象的統(tǒng)一認(rèn)識(shí)與數(shù)字化再現(xiàn)，是一個(gè)"硅質(zhì)礦山"，是數(shù)字礦區(qū)一個(gè)重要組成部分。核心是在統(tǒng)一的時(shí)間坐標(biāo)和空間框架下，科學(xué)合理地組織各類(lèi)礦山信息，將海量異質(zhì)的礦山信息資源進(jìn)行全面、高效和有序的管理和整合。是建立在數(shù)字化、信息化、虛擬化、智能化、集成化基礎(chǔ)上的，由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理的管控一體化系統(tǒng)，它綜合考慮生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理、環(huán)境、資源、安全和效益等各種因素，使企業(yè)實(shí)現(xiàn)整體協(xié)調(diào)優(yōu)化，在保障企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的前提下，達(dá)到提高其整體效益、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和適應(yīng)能力的目的。

近幾年測(cè)量技術(shù)在飛速的發(fā)展，特別是及全站儀之后的GPS測(cè)量技術(shù)，但是由于GPS測(cè)量的局限性，想要更好的服務(wù)于數(shù)字化地下礦山，高精度、高效率的礦山三維激光掃描技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，可以說(shuō)三維激光掃描技術(shù)又將引起測(cè)量技術(shù)的又一次革命。三維激光掃描技術(shù)又被稱(chēng)為實(shí)景復(fù)制技術(shù)，具有高效率、高精度的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)。三維測(cè)量技術(shù)不斷發(fā)展并日漸成熟，目前三維掃描設(shè)備也逐漸商業(yè)化，本文所講述的三維激光掃描儀通過(guò)發(fā)射激光來(lái)掃描被測(cè)物，以獲取被測(cè)物體表面的三維坐標(biāo)，其巨大優(yōu)勢(shì)就在于可以快速掃描被測(cè)物體，掃描不需反射棱鏡即可直接獲得高精度的掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)。這樣一來(lái)可以高效地對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行三維建模和虛擬重現(xiàn)。

單人手持三維激光掃描儀行進(jìn)至待測(cè)量區(qū)域，行進(jìn)速度按照正常步行速度，完成一次閉合測(cè)回即可，本文中測(cè)量的地下礦山井巷工程總長(zhǎng)度為1km，用時(shí)30分鐘，在工作效率上遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的測(cè)量方法。

數(shù)據(jù)提取和解壓

待數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，運(yùn)用儀器自帶或者任意高速的U盤(pán)插入設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸U(kuò)SB接口，掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)傳輸至U盤(pán)中。整個(gè)數(shù)據(jù)包傳輸?shù)乃俣确浅？?，用時(shí)2分鐘。將U盤(pán)中點(diǎn)云數(shù)據(jù)壓縮包復(fù)制至計(jì)算機(jī)并運(yùn)用三維激光掃描儀專(zhuān)用解壓軟件GeoSLAM Hub對(duì)掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓即可，解壓的時(shí)間相對(duì)比較長(zhǎng)一點(diǎn)，基本接近掃描的用時(shí)。

點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理

1、解壓后的數(shù)據(jù)包括掃描巷道的點(diǎn)云以及行進(jìn)路線等等，我們將掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理軟件CloudCompare進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)查看、抽稀、降噪、剪切、移動(dòng)至實(shí)際坐標(biāo)以及漂移點(diǎn)的處理等等，最終得到地下礦山整體空間三維數(shù)據(jù)，篦子溝礦業(yè)公司井下巷道掃描后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接圖（該拼接圖點(diǎn)云數(shù)據(jù)未抽稀前4.3億個(gè)），如圖一所示：

總結(jié)

根據(jù)礦山應(yīng)用實(shí)例，移動(dòng)三維測(cè)量新技術(shù)可在較短的時(shí)間內(nèi)完成礦山三維數(shù)字模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)測(cè)量，極大提高測(cè)量效率；適合空間條件復(fù)雜的地下礦山，較傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)具有更好的三維適應(yīng)性；測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)便，可由單人完成全部測(cè)量任務(wù)；點(diǎn)云密度高；可完整、詳實(shí)地反映地下空間現(xiàn)狀；可直接與三維資源模擬軟件及開(kāi)采設(shè)計(jì)軟件良好銜接，為數(shù)字化開(kāi)采及管理提供詳實(shí)三維數(shù)據(jù)；可用于驗(yàn)方測(cè)量，超、欠挖核對(duì)等；可為中深孔等采礦設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的實(shí)體模型；為采空區(qū)管理、空區(qū)體積計(jì)算及充填設(shè)計(jì)提供依據(jù)；安全方面可對(duì)受壓嚴(yán)重的特殊巷道進(jìn)行定期多次測(cè)量，通過(guò)模型對(duì)比準(zhǔn)確測(cè)定巖石移動(dòng)變化規(guī)律，為安全生產(chǎn)提供可靠的依據(jù)。

（作者單位：山西中條山集團(tuán)篦子溝礦業(yè)有限公司）