基于三維激光掃描的金屬礦山儲(chǔ)備量測(cè)量分析

謝遠(yuǎn)錦

（江銅集團(tuán)銀山礦業(yè)有限責(zé)任公司，江西 德興 334201）

礦產(chǎn)資源極廣泛的應(yīng)用在生活中，作為生活中不可或缺的資源，人們對(duì)金屬礦山測(cè)量日益關(guān)注，要求逐漸增多。為確保我國(guó)經(jīng)濟(jì)健康可持續(xù)發(fā)展，保證我國(guó)資源可持續(xù)的安全供應(yīng)最實(shí)際的辦法是對(duì)金屬礦山儲(chǔ)備量進(jìn)行測(cè)量分析，建立一套保證我國(guó)可持續(xù)需發(fā)展的有關(guān)方案應(yīng)用于礦產(chǎn)開發(fā)中勢(shì)在必行。礦山測(cè)量?jī)?nèi)容日益增多，普通的測(cè)量方法無法精準(zhǔn)獲取銅礦和鉛鋅在金屬礦山儲(chǔ)備量信息，其測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)因不精準(zhǔn)精確而不能很好的滿足人們需求，而以空間坐標(biāo)為原理的三維激光掃描技術(shù)可以通過紅外線獲得精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，有著良好發(fā)展前景和應(yīng)用前景[1]。

1 三維激光掃描技術(shù)

1.1 三維激光掃描技術(shù)測(cè)量原理

三維激光掃描儀是對(duì)于空間坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量的一種高級(jí)系統(tǒng)，其非接觸式測(cè)量減少大量的人工勞動(dòng)力和許多安全問題。掃描儀向所測(cè)物體發(fā)射紅外線，紅外線接觸到物體之后立即反射回來，掃描儀根據(jù)反射回來的光束分析物體的具體信息，整理出具體數(shù)據(jù)[2]。

掃描物體分析反射回來的光束可得到表面的測(cè)量點(diǎn)Mj，對(duì)物體全方位掃描再分析整理可得到物體的三維坐標(biāo)（Xm，Ym，Zm）。假設(shè)一個(gè)點(diǎn)云移Mj（Xm，Ym，Zm）作為掃描結(jié)果，其中：

式中，X0、Y0、Z0代表激光掃描點(diǎn)的空間位置，進(jìn)而可以依據(jù)需求進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。

1.2 三維激光掃描技術(shù)特點(diǎn)

傳統(tǒng)測(cè)量方法獲得的數(shù)據(jù)往往較為粗糙、不嚴(yán)謹(jǐn)。三維激光技術(shù)則在此方面有所改進(jìn)，可以得到更加精確全面的數(shù)據(jù)。三維激光掃描技術(shù)能更好的服務(wù)于當(dāng)今社會(huì)的需求，優(yōu)點(diǎn)如下：①數(shù)據(jù)處理迅速，其可以在極短時(shí)間內(nèi)將紅外線反射回來的外界信息轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)信息，從而進(jìn)行處理。②非接觸測(cè)量，運(yùn)用遠(yuǎn)程紅外線技術(shù)對(duì)物體進(jìn)行非接觸測(cè)量，免去人工勞力，并且保證了所得數(shù)據(jù)的精確精準(zhǔn)以及密度極高，少有誤差。③數(shù)字化采樣，使兼容性更好，極大的擴(kuò)展了適用范圍，其輸出格式可與CDA，外置數(shù)碼相機(jī)，GPS系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接配合使用。使用范圍的擴(kuò)大保證了獲得的信息的全面以及準(zhǔn)確。④設(shè)備結(jié)實(shí)，適用于野外等惡劣環(huán)境，設(shè)備小巧，重量輕便于攜帶，內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，外殼防護(hù)力極強(qiáng)，有效的起到了防撞防水等特點(diǎn)，并且對(duì)使用者水平要求不高，便于使用。

2 金屬礦山儲(chǔ)備量測(cè)量具體方案

針對(duì)金屬礦山儲(chǔ)備量中的銅礦和鉛鋅的測(cè)量，是通過三維激光掃描獲得的極坐標(biāo)進(jìn)而得出測(cè)量物體的空間坐標(biāo)。具體測(cè)量流程如下所示：①通過對(duì)金屬礦山儲(chǔ)備量中的銅礦和鉛鋅的表面進(jìn)行掃描，獲得具有陳列特點(diǎn)幾何圖形三維數(shù)據(jù)；②三維激光掃描設(shè)備將目標(biāo)激光設(shè)備和角度測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，從而獲得全面有效的數(shù)據(jù)。并且能夠快速的測(cè)量出金屬礦山中銅礦和鋅礦的含量。三維激光掃描儀還可以與反射回來的激光點(diǎn)產(chǎn)生聯(lián)系，從而獲得銅礦和鋅礦水平方向，斜距，反射強(qiáng)度等相關(guān)的具體數(shù)據(jù)。③三維激光掃描可在距離物體一千多米外進(jìn)行激光測(cè)量，反射得到的云數(shù)據(jù)點(diǎn)可由其自行儲(chǔ)存計(jì)算及輸出。同時(shí)其可以達(dá)到每秒幾十萬次掃描的高速率。④所得數(shù)據(jù)通過TCP/IP方式將點(diǎn)云數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)，并由USB數(shù)據(jù)線將場(chǎng)景圖像傳入至計(jì)算機(jī)中，結(jié)合傳送到計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)及場(chǎng)景圖像處理云數(shù)據(jù)點(diǎn)，再通過CDA建立所測(cè)物體的三維模型。⑤結(jié)合三維激光掃描儀進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，考察實(shí)際地形結(jié)合實(shí)際情況挑選合適的控制點(diǎn)，要求其能長(zhǎng)期存在且不被碰壞，通過控制點(diǎn)布置掃描站。⑥控制點(diǎn)放置掃描儀器，對(duì)所測(cè)地方采集數(shù)據(jù)，依照工作要求獲得實(shí)地點(diǎn)云數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)處理。⑦處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)，首先將點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一，之后具體做處理。⑧建立實(shí)物模型，依照空間坐標(biāo)構(gòu)造出三維模型。依照得到的三維模型獲得所需數(shù)據(jù)。⑨匹配三維模型和真實(shí)影像，對(duì)真實(shí)紋理型礦山進(jìn)行還原。⑩結(jié)合點(diǎn)云數(shù)據(jù)，空間坐標(biāo)和三維模型，通過測(cè)繪技術(shù)對(duì)礦區(qū)地形圖和地質(zhì)圖進(jìn)行大比例尺調(diào)整；根據(jù)銅礦和鉛鋅分布特點(diǎn)、作業(yè)難度和技術(shù)手段繪制金屬礦山適宜開采區(qū)域，作為之后數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，計(jì)算金屬礦山儲(chǔ)備量測(cè)量。

3 應(yīng)用實(shí)例

結(jié)合實(shí)例直觀的對(duì)比分析兩種方法的區(qū)別，下圖為兩種方法對(duì)同一金屬礦山儲(chǔ)備量進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量分為四個(gè)小組，選取兩個(gè)金屬礦山每個(gè)分別安排兩個(gè)小組，兩個(gè)小組分別采用兩種方法進(jìn)行測(cè)量，記錄實(shí)際數(shù)據(jù)，得出以下數(shù)據(jù)，分析如圖。

由圖1可看出：采用三維激光掃描技術(shù)在測(cè)量時(shí)間為5min時(shí)，測(cè)量精準(zhǔn)度達(dá)到0.78，而普通測(cè)量方法測(cè)量精準(zhǔn)度為0.21；采用三維激光掃描技術(shù)在測(cè)量時(shí)間為15min時(shí)，測(cè)量精準(zhǔn)度達(dá)到0.9，而普通測(cè)量方法測(cè)量精準(zhǔn)度為0.18。由分析可知，與傳統(tǒng)方法相比，三維激光技術(shù)能更精準(zhǔn)大量的獲得物體的空間數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過計(jì)算得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)。根據(jù)上述內(nèi)容，可得出結(jié)論：

圖1 所數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度對(duì)比分析

（1）通過三維激光掃描獲得的精度能保證在0.75以上，所得數(shù)據(jù)達(dá)到相關(guān)規(guī)范的精度要求。

（2）創(chuàng)新礦山儲(chǔ)備量測(cè)量的工藝流程，減少了人力物力和資源的浪費(fèi)，既提高了工作效率，還能夠達(dá)到基本預(yù)期效果。

4 結(jié)語

采用三維激光掃描技術(shù)對(duì)測(cè)量精準(zhǔn)度有了很大提升，極大滿足精準(zhǔn)測(cè)量銅礦和鉛鋅區(qū)智能化效果。由研究表明，三維是一種能夠改變形態(tài)有效措施，以獲得更加精準(zhǔn)的具體數(shù)據(jù)，對(duì)進(jìn)一步測(cè)量和合理開采做出積極的貢獻(xiàn)。