三維激光掃描儀在露天礦山測量中的應(yīng)用探究

趙海往，皮廷亮，劉永富

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南 文山 663701）

隨著科技的不斷發(fā)展，我國的礦產(chǎn)測繪設(shè)備及方法也愈發(fā)的先進(jìn)，這無疑是為露天礦山的測量工作帶來了新的契機(jī)。至于礦山測繪設(shè)備的具體用途則是在露天礦山的采挖及采挖后的土石填補(bǔ)均需以測量工作為基礎(chǔ)，以此方能確保采挖過程的安全。而基于常規(guī)的儀器無論是在測量的精度或效率等各方面均無法滿足現(xiàn)階段的礦山測繪，故唯有積極引進(jìn)先進(jìn)的三維激光掃描儀，方能有效克服傳統(tǒng)測量設(shè)備測量技術(shù)效率低、信息損失大的缺點(diǎn)[1]。與此同時(shí)，基于三維激光掃描儀同時(shí)還具有較強(qiáng)的拓展性，能可適應(yīng)不同的空間形態(tài)，故能在保證測量的精準(zhǔn)性同時(shí)生成采區(qū)三維數(shù)據(jù)模型，如此便能最大限度確保測繪人員的人身安全。

1 三維激光掃描儀的優(yōu)點(diǎn)

因三維激光掃描儀是基于非接觸式的方式來采集相關(guān)數(shù)據(jù)，故能可在獲取物體表面采樣點(diǎn)的三維坐標(biāo)同時(shí)直接為CAD/3DMINE等軟件使用。正是基于此特殊的數(shù)據(jù)獲取方式，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測繪點(diǎn)測量不足的問題。三維激光掃描儀還具備以下優(yōu)點(diǎn)，如：非接觸性，即指該技術(shù)在不接觸目標(biāo)表面的情況下直接獲取其表面的三維坐標(biāo)信息，由此便可解決測量危險(xiǎn)區(qū)域柔性目標(biāo)的技術(shù)難題，且所采集之?dāng)?shù)據(jù)亦能確保其真實(shí)性與可靠性；其次便是數(shù)據(jù)獲取速度快，運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)可于每秒掃描數(shù)十萬個(gè)采樣點(diǎn)，故該技術(shù)在獲取大面積目標(biāo)的空間信息上尤為適用；再次則是實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)與主動(dòng)性。三維激光掃描儀是一種無需外部光源亦可可進(jìn)行測量的先進(jìn)技術(shù)，而其對目標(biāo)信息的測量可基于反射激光的回波信號，如此不受時(shí)間與空間約束的特征，使得該技術(shù)在自動(dòng)化監(jiān)控中亦能得以良好運(yùn)用；除了以上優(yōu)勢外，三維激光掃描儀技術(shù)的特點(diǎn)還包含了穿透性、高密度、高精度以及數(shù)字化等。其中，穿透性是基于三維激光掃描儀本身的采樣間距較小但卻有著極高的采樣密度，故即便是掃描不太濃密的植被仍可依靠部分激光達(dá)到目標(biāo)表面，由此便可獲取到包含目標(biāo)表面等不同層面的幾何信息。而其高密度與高精度是指該技術(shù)基于點(diǎn)陣與格網(wǎng)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)采集方式，一來可確保采樣點(diǎn)分布均勻，二來則因其所具備的全自動(dòng)自適應(yīng)聚焦功能，故能確保點(diǎn)云數(shù)據(jù)的均勻精度。至于數(shù)字化及自動(dòng)化特征則是指該技術(shù)還具有數(shù)字化特征，即擁有較高的可靠度與自動(dòng)化程度，以此便能為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理、格式轉(zhuǎn)化及數(shù)據(jù)輸出提供便利。最后也是該技術(shù)最便利之處便是支持與外置數(shù)碼相機(jī)的結(jié)合，且正是基于此功能，不僅使得三維激光掃描技術(shù)的適用范圍得到了有效擴(kuò)展，且所獲地面信息也變得更為準(zhǔn)確且完整。不僅如此，因使用外置數(shù)碼相機(jī)，使得該技術(shù)在采集物體表面信息的同時(shí)還能獲取相應(yīng)的彩色信息，由此不僅擴(kuò)展了三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用范圍，也提高了測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2 三維激光掃描儀在露天礦山測量中的應(yīng)用分析

（1）建立地面控制網(wǎng)。針對露天礦山的測量，首要之務(wù)便是要基于地面控制網(wǎng)的建立來促使GPS與三維激光掃描儀之間的有機(jī)融合，如此方可利用其較高的精準(zhǔn)度來對被測物體進(jìn)行碎部測量，繼而可最大限度提升測量的精準(zhǔn)程度。當(dāng)然，在此過程中，有關(guān)三維激光掃描儀的運(yùn)用還需嚴(yán)格按照國家隊(duì)礦山測量工作所提出的各項(xiàng)要求，以此在確保測量的全面性同時(shí)維護(hù)好現(xiàn)場工作人員的人身安全。

（2）建立礦山模型。在露天礦山的測量過程中，采用三維激光掃描技術(shù)來進(jìn)行碎部測量，首要需履行之工作便是搜集碎部點(diǎn)坐標(biāo)。通過對礦山實(shí)施激光掃描來獲取礦山的相關(guān)數(shù)據(jù)，而后通過對所得數(shù)據(jù)的研究計(jì)算得出礦山的相關(guān)信息，如DEM數(shù)據(jù)、數(shù)字點(diǎn)云模型等。方便于快速完善礦區(qū)、工業(yè)場地、隧道三維模型?？焖贉?zhǔn)確的測量礦區(qū)相關(guān)三維數(shù)據(jù)，能及時(shí)更新所需三維模型，便于指導(dǎo)生產(chǎn)建設(shè)。由此建立的礦山模型不僅能還原整個(gè)礦山的地質(zhì)地貌，且能直觀呈現(xiàn)出整座礦山之地形，從而提高露天采場剝離驗(yàn)方精度。

（3）數(shù)字線劃圖的獲取。在借助三維激光掃描儀搜集相關(guān)數(shù)據(jù)并完成露天礦山模型的搭建后，相關(guān)人員還可基于三維激光掃描儀本身所具有的高精準(zhǔn)度優(yōu)勢來拼接相應(yīng)的數(shù)字線劃圖來為露天礦山的測量工作提供數(shù)據(jù)參考。除此之外，在露天礦山測量中運(yùn)用三維激光掃描儀還能對礦山各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)予以實(shí)時(shí)監(jiān)測，包括水塔、辦公樓、控制點(diǎn)等。而以上監(jiān)測工作亦能充分體現(xiàn)三維激光掃描儀高效率、高精度之優(yōu)勢，繼而最大限度確保測量安全。

（4）檢測礦區(qū)及礦井設(shè)施沉降。因針對露天礦山的檢測，應(yīng)該將礦山安全性的衡量作為重要的標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)積極借助三維激光掃描儀去搜集礦山的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，尤其是要對整個(gè)礦區(qū)的沉降情況予以全面摸排，以此方能為后續(xù)的開采安全提供有力保障。

（5）沉陷區(qū)測量。因露天礦山的開采過程可能會(huì)遇到此前因坑道開采而遺留下的采空區(qū)域，而對于采空區(qū)域，稍有施工不慎便可能依法地面沉陷，從而對工作人員的人身安全帶來極大威脅。三維掃描儀的應(yīng)用，避免了測量人員在野外作業(yè)時(shí)的安全風(fēng)險(xiǎn)。對此，為避免以上狀況的發(fā)生，則可基于三維激光掃描儀技術(shù)來搜集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，而后基于空間點(diǎn)云模型的搭建來測算出沉陷的區(qū)域面積，以此將方便施工隊(duì)伍采取有效策略來解決礦山沉降問題，繼而最大限度保障開采人員的生命安全。

（6）巷道檢測。就井下作業(yè)而言，通常是基于三維激光掃描儀掃描，而后基于掃描儀之點(diǎn)云數(shù)據(jù)反饋來建立相應(yīng)的巷道模型，如此便可實(shí)現(xiàn)對井下開采的管理、檢測及定向測量，繼而最大限度確保井下巷道真實(shí)性。

（7）橫斷面測量。因三維激光掃描儀在測量井下礦山的同時(shí)還能建立起相應(yīng)的點(diǎn)云模型，以此不僅能為后續(xù)橫斷面劃線圖的生成提供依據(jù)，且將為安全部門提供重要之參考數(shù)據(jù)，方便其進(jìn)行巷道變形檢測及應(yīng)力分析。

3 總結(jié)

總之，因礦山開采過程一旦遭遇任何阻礙因素均可能導(dǎo)致更嚴(yán)重的事故產(chǎn)生，故為切實(shí)維護(hù)現(xiàn)場開采人員之生命安全，則更需基于對三維激光掃描儀的合理運(yùn)用，如此既有助于提升開采效率，且通過對關(guān)鍵環(huán)節(jié)重點(diǎn)要素的控制還能最大限度保障工作人員之生命安全，繼而切實(shí)維護(hù)我國礦山開采工作的有序開展。