三維掃描技術(shù)在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用探討

熊 飛

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心四川總隊，四川 成都 610052）

有效運用三維掃描技術(shù)，能夠提高礦山儲量動態(tài)監(jiān)測的工作效率和精細(xì)程度。結(jié)合礦山地質(zhì)的實際測繪情況，在GPS技術(shù)或全站儀的支持下，有效測量導(dǎo)線控制點，并在導(dǎo)線架上安裝儀器進行掃描或在礦區(qū)任意位置架設(shè)儀器，對整個公共標(biāo)靶或其他公共點進行掃描，實現(xiàn)各個站點之間的拼接配準(zhǔn)，以此達到整體聯(lián)測的目的，既有效降低了人工測量的失誤率，還能突破傳統(tǒng)測量目標(biāo)點位信息不足的局限性。

1 三維掃描技術(shù)的原理

目前，三維掃描技術(shù)主要通過以下兩種核心技術(shù)構(gòu)建測量目標(biāo)的三維模型：第一，激光測距。相比于人工測距，激光測距的準(zhǔn)確性更高，在連續(xù)激光器或脈沖激光器的作用下，借助反激光反射進行測量。連續(xù)發(fā)射的激光掃描射程最高可達40km，而整個測量過程的平均誤差不超過2mm。同時，利用激光測距原理還可以獲取大量目標(biāo)點位信息，從而進行精準(zhǔn)的決策和測量。通過激光掃描獲得的地質(zhì)模型，與實際模型完全吻合，甚至具有更高的分辨率。第二，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與數(shù)字化建模技術(shù)。利用三維激光掃描設(shè)備將大量點位信息輸入網(wǎng)絡(luò)，采取集中處理的方式將點位信息錄入數(shù)字建模軟件，能夠有效整合收集到的激光測距信息，提高礦山地質(zhì)監(jiān)測效率。最重要的是，在數(shù)字化建模技術(shù)的支持下，還能將相關(guān)數(shù)碼照片立體呈現(xiàn)，有助于技術(shù)人員更深層次地掌握礦藏位置和礦藏深度等信息，為未來礦場采集工作的順利開展提供堅實保障。

2 三維掃描技術(shù)在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中的重要性

傳統(tǒng)礦山儲量的動態(tài)監(jiān)測，主要依賴于人工測繪的方式完成相關(guān)工作，既無法保障地質(zhì)測繪數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，又容易受到各種人為因素的影響，導(dǎo)致測繪工作效率無法得到基本保障，造成資源大量損耗，還無法幫助相關(guān)技術(shù)人員做出正確決策。但有效應(yīng)用三維掃描技術(shù)不但能解決以上問題，還能高效完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)模型構(gòu)建等工作，在一定程度上提高了礦山儲量動態(tài)監(jiān)測的效率和數(shù)據(jù)信息處理的準(zhǔn)確度，在理論研究方面為相關(guān)工作人員提供了良好的礦山地質(zhì)測繪數(shù)據(jù)處理指導(dǎo)，促使工作人員制定出具有針對性的地質(zhì)信息測繪方案，整體提高了生產(chǎn)技術(shù)水平。另一方面，三維掃描技術(shù)還能幫助工作人員及時調(diào)整與更改設(shè)計方案，及時查找出方案中存在的問題和不足，在減輕相關(guān)人員工作負(fù)擔(dān)的同時還能降低時間成本與財力資源損耗。此外，有效運用三維掃描技術(shù)還有助于實時共享與傳輸?shù)刭|(zhì)測繪信息，將已經(jīng)過采集與處理后的數(shù)據(jù)信息存儲至云平臺后，還有助于工作人員實時更新與管理相關(guān)數(shù)據(jù)信息，為其日常管理工作帶來了極大的便利。

3 三維掃描技術(shù)在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用策略

實際上三維掃描技術(shù)覆蓋了GPS技術(shù)和全站儀等較為先進的技術(shù)模塊，依托于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)技術(shù)，充分利用系統(tǒng)搜索和篩選功能，還能將待處理的數(shù)據(jù)信息進行有效整合，快速解決了三維掃描技術(shù)在使用過程中存在的各種問題。在先進的輔助技術(shù)支持下，還有助于快速采集與分析礦山儲量動態(tài)監(jiān)測信息，并通過計算機網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)處理與整合已采集的數(shù)據(jù)信息，真正意義上實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的實時共享與傳輸目標(biāo)。

（1）在礦山地質(zhì)測繪中應(yīng)用三維掃描技術(shù)。可以充分利用GPS技術(shù)的定位功能和數(shù)據(jù)信息處理功能，在追蹤信息系統(tǒng)技術(shù)支持下全方位監(jiān)督與監(jiān)測礦山地質(zhì)的具體位置和周邊情況，并以圖文、動態(tài)視頻等直觀立體的方式向技術(shù)人員完整呈現(xiàn)出采集到的數(shù)據(jù)信息，將相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行管理與存儲后，還能為相關(guān)工作人員創(chuàng)造更系統(tǒng)的信息訪問平臺。另一方面，將三維掃描技術(shù)與地質(zhì)檢測報告進行有機結(jié)合，建立系統(tǒng)的二維或三維動態(tài)模型，還能為技術(shù)人員帶來全新的視覺體驗，促使其更直觀清晰地感受到礦山地質(zhì)變化情況，為相關(guān)工作人員提供具有價值的參考依據(jù)。因此，在礦山地質(zhì)測繪工作中有效應(yīng)用三維掃描技術(shù)具有重要現(xiàn)實意義，利用信息系統(tǒng)中的測繪模塊還能有效優(yōu)化地質(zhì)測繪步驟，最大限度地提高了礦山地質(zhì)測繪工作的效率。例如，在開展礦山地質(zhì)測繪工作時，可充分利用地理信息系統(tǒng)中提供的礦山地質(zhì)構(gòu)造體系、礦山地質(zhì)信息、礦山測繪資料等。與此同時，相關(guān)工作人員還可以借助三維掃描技術(shù)高校整理礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)信息，為礦產(chǎn)資源開發(fā)工作等順利開展奠定良好基礎(chǔ)。

（2）在礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)管理中應(yīng)用三維掃描技術(shù)。實際上三維掃描技術(shù)具有良好的數(shù)據(jù)信息采集和圖形繪制功能，相關(guān)技術(shù)人員不但能高效處理礦山地質(zhì)測繪數(shù)據(jù)信息，還能實時監(jiān)測礦山儲量和地質(zhì)變化情況。目前在礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)管理中應(yīng)用三維掃描技術(shù)時，主要集中在數(shù)據(jù)信息采集、建造立體的三維地質(zhì)動態(tài)模型等方面，旨在充分利用系統(tǒng)的歸類和整合功能，將處理后的數(shù)據(jù)信息進行存儲歸檔。在礦山地質(zhì)測繪工作實際開展過程中，還可以借助三維掃描技術(shù)完成礦山開采工作，基于地理信息系統(tǒng)動態(tài)分析與處理整個礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)信息，整體推動礦山地理信息模型趨于規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，通過信息集成化角度完善礦山地質(zhì)信息系統(tǒng)，為相關(guān)工作人員提供礦山地質(zhì)信息處理方面的指導(dǎo)依據(jù)，促使其在實際工作過程中熟練掌握相關(guān)注意事項，最大限度地提高礦山開采工作的效率。另外，相比于傳統(tǒng)礦山地質(zhì)測繪模式，新時代背景下各項先進的信息系統(tǒng)可以批量存儲礦山地質(zhì)信息，有效解決了傳統(tǒng)人為操作負(fù)擔(dān)過重或人工處理數(shù)據(jù)時存在偏差等問題，真正意義上為礦山地質(zhì)測繪信息的科學(xué)性和可靠性提供了良好保障。

（3）在礦山地質(zhì)繪圖中應(yīng)用三維掃描技術(shù)。在礦山地質(zhì)測繪工作實際開展過程中，相關(guān)工作人員還可以借助三維掃描技術(shù)的圖形測繪功能，有效縮短礦山開采周期。利用三維掃描技術(shù)繪圖時，應(yīng)預(yù)先分析與整合礦山地質(zhì)測繪的基本信息和相關(guān)資料，從礦山地形圖色彩、規(guī)模以及變化規(guī)律等方面著手不斷優(yōu)化與完善測繪圖紙，并利用先進的三維掃描技術(shù)將繪制后的礦山地質(zhì)圖上傳至指定的計算機軟件，或?qū)⑵渲谱鳛樾⌒碗娮拥貓D，幫助相關(guān)工作人員更直觀地檢測到礦山測繪區(qū)域的地質(zhì)信息。最重要的是，三維掃描技術(shù)還能將收集到的數(shù)據(jù)信息編制為統(tǒng)計圖，并通過計算機屏幕完整呈現(xiàn)出來，有助于工作人員及時了解與掌握相關(guān)地理信息。最后，相關(guān)工作人員還可以將三維掃描技術(shù)和多媒體技術(shù)進行深度融合，從傳統(tǒng)二維模型過渡轉(zhuǎn)變?yōu)槿S模型，最大限度地提高礦山地質(zhì)測繪的可視化效果。實際上三維掃描技術(shù)中的三維地質(zhì)模型還具有良好的地質(zhì)信息評價功能，可根據(jù)實際測繪需求將多種類型的比例尺進行有針對地調(diào)整與改進，充分發(fā)揮地質(zhì)信息管理效能的最大化作用。

4 三維掃描技術(shù)在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用流程和領(lǐng)域

在開展礦山地質(zhì)測繪工作時，相關(guān)工作人員應(yīng)熟練掌握三維掃描技術(shù)的使用方法和技巧，深入探究三維掃描技術(shù)的應(yīng)用功能模塊及層次劃分方法，具體可包括業(yè)務(wù)應(yīng)用、基礎(chǔ)構(gòu)件以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)三個層次，其綜合涵蓋礦山儲量動態(tài)信息的分析處理、風(fēng)險評估以及文件歸檔等功能。在礦山地質(zhì)測繪中的前期考察階段、風(fēng)險評估階段以及后期監(jiān)測階段，三維掃描技術(shù)均起到至關(guān)重要的作用，這就要求相關(guān)工作人員必須充分認(rèn)識到三維掃描技術(shù)的重要意義，采用正確規(guī)范的三維掃描技術(shù)操作方法落實礦山儲量動態(tài)監(jiān)測工作。最重要的是，相關(guān)技術(shù)人員還應(yīng)嚴(yán)格遵守礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中的三維掃描技術(shù)應(yīng)用流程，按照相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和監(jiān)測要求有針對性地開展相關(guān)工作，在保證三維掃描技術(shù)操作規(guī)范的同時有效防控各種可能發(fā)生的安全風(fēng)險。

（1）三維掃描技術(shù)在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用流程。在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)時，具體可遵循以下三個步驟：第一，運用三維激光掃描儀實時監(jiān)測礦山測量面、點位信息、地質(zhì)信息。首先相關(guān)技術(shù)人員可大致判斷礦山地質(zhì)的周邊環(huán)境，科學(xué)調(diào)整掃描儀的測位參數(shù)，重點關(guān)注探頭、Q9線、待采礦藏參數(shù)以及具體測繪范圍，確保監(jiān)測到的測繪信息可直接反映礦山的具體位置，其次借助激光掃描獲取礦山待側(cè)面的三維點位信息。第二，建立三維立體模型。將監(jiān)測到的點位地質(zhì)信息和三維信息進行有效整合后，即可在GPS系統(tǒng)的支持下進行精準(zhǔn)定位，從而呈現(xiàn)出礦山待測表面的立體圖像和三維模型，促使礦山開采設(shè)計人員、作業(yè)監(jiān)測人員以及開采人員實時了解礦山地質(zhì)的地質(zhì)條件、作業(yè)環(huán)境，在一定程度上有效提高礦山的開采效率和礦山的安全管理水平。第三，基于三維立體模型構(gòu)建系統(tǒng)的礦山信息系統(tǒng)，在三維激光掃描技術(shù)的支持下實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建造。將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息與礦山初始數(shù)據(jù)進行對比分析后，即可計算礦山開采量、監(jiān)測開采位置、監(jiān)控采空區(qū)域，通過數(shù)字化管理方式對礦山儲量進行動態(tài)監(jiān)測。

（2）三維掃描技術(shù)在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用領(lǐng)域。三維掃描技術(shù)在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用領(lǐng)域具體包括以下幾方面：第一，構(gòu)建待采或開采礦山的三維模型。待采礦山三維模型的構(gòu)建普遍較為簡單，借助礦山地表點位信息即可構(gòu)建出相應(yīng)的三維模型。對于開采礦區(qū)的模型構(gòu)建，還需要在礦區(qū)內(nèi)部進行掃描，并在掃描過程中將三維測繪設(shè)備安裝在礦區(qū)巷道內(nèi)，從而構(gòu)建出巷道模型。相比于外部三維模型的構(gòu)建，巷道模型構(gòu)建的效率相對較低，究其根本原因在于外部測繪條件會對巷道模型的構(gòu)建造成不同程度的影響，但其相比于傳統(tǒng)巷道測繪技術(shù)的安全性和效率則有著顯著優(yōu)勢。第二，計算礦區(qū)開挖體積。在露天開采作業(yè)環(huán)境下，露天開采礦區(qū)的位置和非開采礦區(qū)的位置各不相同，利用三維激光掃描技術(shù)不但能科學(xué)區(qū)分不同區(qū)域的具體特征，還能幫助相關(guān)人員大體確定開挖體積。

5 結(jié)語

盡管三維激光掃描技術(shù)在三維數(shù)據(jù)信息的動態(tài)監(jiān)測和建模方面具有明顯優(yōu)勢，但其在實際應(yīng)用過程中仍存在各種問題，在一定程度上限制了礦山測繪工作的順利開展。與此同時，利用三維激光掃描儀完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)編輯、體積計算等工作，還能有效優(yōu)化礦產(chǎn)資源的動態(tài)監(jiān)測形式，拓展三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用范圍。隨著新時代科技手段的日益完善，三維激光掃描技術(shù)也會逐漸趨于成熟，在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中發(fā)揮出更高效的作用。