礦山測繪中三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

葛文菊

（青海省第六地質(zhì)勘查院，青海 格爾木 816000）

1 三維激光掃描技術(shù)的工作原理

3D激光掃描技術(shù)使用快速掃描激光來測量目標的坐標。測量過程是連續(xù)和包容的。借助該技術(shù)，可以快速獲取空間測量目標信息，目標坐標信息量大，保證測量信息的準確性，有助于建立三對象的維度模型。目標測量，實現(xiàn)高模型精度。

激光測距原理、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和數(shù)字仿真技術(shù)是實現(xiàn)測量和仿真目的的兩大主要技術(shù)。①激光測距比手動更準確。采用連續(xù)或脈沖激光發(fā)射光，通過光反射原理實現(xiàn)精確測量。3D激光掃描誤差小，可定位側(cè)面目標。獲取信息不僅可以有效避免人工測量帶來的誤差，還可以有效解決單點測量信息不足的問題。3D激光掃描技術(shù)創(chuàng)建的模型主要是真實地形，分辨率相對高的[1]。②借助激光測距，可以獲得大量信息，在處理時可以利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和數(shù)字建模技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以將3D激光掃描設(shè)備獲取的信息進行傳輸，然后將其組織起來，輸入到數(shù)字仿真軟件中，可以實現(xiàn)自動化仿真，大大提高仿真工作的效率[2]。

2 數(shù)據(jù)采集與處理

2.1 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

在進行礦山測繪的過程中，所選用的測繪儀器為RIEGL(瑞格)VZ-2000型三維激光掃描儀，該儀器具有長達2050m的掃描距離，在掃描距離不斷增加的同時，掃描的精度在隨之降低。為此，進一步提高測繪的效率，使測繪的精度能夠與大比例尺的要求相符合。測繪區(qū)域的勘察應(yīng)在進行外業(yè)數(shù)據(jù)采集之前進行，對掃描儀和標靶有合理的定位，對測繪的實際面積測量，并按照測量的數(shù)據(jù)對測繪區(qū)域進行劃分，以使測繪的精度可以得到有效的提升。在對掃描儀和標靶的位置進行選擇時，應(yīng)首先考慮掃描儀覆蓋的范圍，避免在掃描過程中，出現(xiàn)測繪盲區(qū)，同時對與測站的選擇也要有充分的考慮，以提高外業(yè)數(shù)據(jù)的采集效率[3]。

2.2 點云數(shù)據(jù)配準與坐標轉(zhuǎn)換

在對大比例尺地形進行繪制的過程中，使用3D激光掃描技術(shù)。在掃描過程中，掃描儀受到測繪區(qū)域有效距離、地形等條件的限制。完成測繪任務(wù)需要多次臺站移動。在大地測量和制圖區(qū)域內(nèi)。在掃描的過程中，每一個測站的數(shù)據(jù)都是掃描儀所定位的坐標點。為此，為了實現(xiàn)各測點間坐標數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，必須對獨立站點的坐標進行統(tǒng)一。為了不對大地坐標轉(zhuǎn)換的精度產(chǎn)生影響，在獨立的坐標系統(tǒng)中，可以將每個站點的掃描云數(shù)據(jù)進行坐標統(tǒng)一，對點云數(shù)據(jù)進行配準，就是利用相鄰兩個站點間3個以上的點對標靶進行控制[4]。

2.3 信息提取與等高線生成

3D激光掃描技術(shù)在掃描和獲取測繪區(qū)域的點云數(shù)據(jù)時，包括區(qū)域內(nèi)的所有表面信息。也就是說，點云數(shù)據(jù)包含的不僅僅是礦山測量的地形信息。和制圖區(qū)域，但還包括樹木、植被、電線桿、房屋等。信息并包含大量噪音。因此，過濾和剔除非地形信息是提高地形測繪質(zhì)量的重要手段。本文檔選用RisCANPRO軟件來過濾和刪除非地形和表面數(shù)據(jù)。完成去除非地形和空間信息后，在RisCANPRO軟件中，根據(jù)定義的等高線間隔手動提取測繪區(qū)域內(nèi)的高程點數(shù)據(jù)，點擊自動創(chuàng)建水平線。

3 三維激光掃描技術(shù)在礦山測繪中的應(yīng)用

3.1 三維激光掃描技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域

3D掃描技術(shù)主要應(yīng)用于以下三個領(lǐng)域的測繪：①建立未采區(qū)或已采區(qū)的3D模型，可直接利用山區(qū)點數(shù)據(jù)云，建立采區(qū)3D模型。領(lǐng)域。該過程相對簡單。相比之下，創(chuàng)建一個已開采的礦區(qū)模型則更加困難。首先，必須掃描礦區(qū)。在這個3D掃描過程中，為了建立一個巷道模型，需要在礦井的巷道中放置測量設(shè)備。與構(gòu)建外部3D模型相比，該過程相對較慢，效率較低。造成這種情況的主要原因是受外部測量條件的限制[5]。雖然效率較低，但它更安全，并確保在整個測量過程中不存在安全威脅。②礦區(qū)開挖量的計算主要用于露天開采條件。對于露天采礦場，采礦和非采礦之間存在很大差異。利用激光掃描技術(shù)，可以高效地確定區(qū)域特征。確定要挖掘的體積。③改善和保護礦區(qū)，但在開采過程中環(huán)境會受到一定程度的破壞，特別是針對采空區(qū)，存在有更大的危險性，同時會給相關(guān)的工作人員帶來嚴重的威脅。在對采空區(qū)進行開采的過程中，傳統(tǒng)的測繪技術(shù)無法發(fā)揮其實際的作用，同時，對人身安全也存在很大風險，但3D激光掃描技術(shù)可以有效解決這些問題，并提供準確的生產(chǎn)測量，并對采空區(qū)的實時監(jiān)控工作提供技術(shù)支持，在很大程度上降低作業(yè)過程中的安全風險[6]。

3.2 三維激光掃描技術(shù)基本應(yīng)用流程

3D激光掃描技術(shù)在礦山測繪中的應(yīng)用分為以下三個環(huán)節(jié)：①利用3D激光掃描設(shè)備可以快速獲取礦山的點、測面和地質(zhì)信息。首先通過人工觀測確定礦山整體地質(zhì)環(huán)境，設(shè)置掃描設(shè)備的測繪參數(shù)，如探頭、待開發(fā)礦山、實際作業(yè)范圍等，以確?？梢允褂么蟮販y量和制圖信息反映有關(guān)礦山位置的信息。然后進行激光掃描，獲取待測軸表面的3D點信息。②建立三維模型。利用測量得到的大量地質(zhì)點信息和3D信息完成定位，利用GPS系統(tǒng)構(gòu)建待測礦面3D圖像，呈現(xiàn)礦山整體3D模型，有助于規(guī)劃采礦作業(yè)的設(shè)計和設(shè)計，還可以幫助檢驗和熱試驗人員更好地了解礦山的地質(zhì)規(guī)模和運行環(huán)境，從而有助于提高礦山開發(fā)效率和安全管理。③基于3D模型，豐富礦山信息，擴展數(shù)據(jù)系統(tǒng)，有效利用3D激光掃描技術(shù)優(yōu)勢，打造動態(tài)檢測系統(tǒng)[7]。

3.3 礦區(qū)管理的三維立體化

3.3.1 礦區(qū)地表三維模型的建立

3D激光掃描技術(shù)的有效應(yīng)用，不僅可以為創(chuàng)建礦區(qū)地表3D模型提供數(shù)據(jù)支持，還可以掃描施工現(xiàn)場，獲取最準確的濁點信息，創(chuàng)建3D模型?？梢酝ㄟ^專用軟件確定各種模型的屬性，可以為礦山管理提供準確的信息，從而促進管理的順利進行。此外，索引目錄還可以科學地用于已安裝的模型中，方便需要查看模型的人員。僅需電機目錄索引即可快速進入相應(yīng)界面，提高礦控數(shù)字化水平。

3.3.2 直觀展現(xiàn)礦區(qū)地下巷道情況

使用3D激光掃描技術(shù)可以收集礦井巷道上的所有數(shù)據(jù)，并準確掃描細微的變化。然后通過創(chuàng)建3D模型獲取有關(guān)點云的特定信息，并準確反映道路上的真實情況。此外，還可實時獲取隧道內(nèi)實際工作情況，直觀展示礦區(qū)地下隧道的現(xiàn)場情況。借助這項技術(shù)，可以掃描道路上的物體和設(shè)備，然后可以創(chuàng)建鏈接模型，以直觀地了解特定情況。也可與通訊設(shè)備結(jié)合，確保對特定信息的及時理解和同化?；谲嚨滥Ｐ?，可以在三維空間中定位人員的具體位置，可以評估人員的實際進度，并可以在該模型中識別出合適的監(jiān)控設(shè)備。一旦檢測到問題，就會觸發(fā)警報。可以自動下發(fā)，提供監(jiān)控工作的可視化和監(jiān)控過程[8]。

4 結(jié)語

三維激光掃描技術(shù)可以快速、精細地獲得大型礦山地形圖。所獲得點的云數(shù)據(jù)包含表面上的所有信息。與傳統(tǒng)的測繪技術(shù)相比，它顯著提高了現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集的效率，并轉(zhuǎn)移了在內(nèi)業(yè)點云數(shù)據(jù)的處理難度。迄今為止，在大規(guī)模采礦地形圖的勘測和制圖中，3D激光掃描技術(shù)尚未發(fā)展出成熟有效的實時處理數(shù)據(jù)的方法和高精度的地形圖生成方法。必須使用其他軟件來完成最終的地形圖。因此，測繪領(lǐng)域的3D激光掃描技術(shù)應(yīng)加強點數(shù)據(jù)處理等技術(shù)的研究工作，以促進該技術(shù)的進一步發(fā)展。