三維激光掃描技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用與研究

王智君，張 杰

近些年來(lái)，我國(guó)礦山行業(yè)發(fā)展越來(lái)越好，各個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展以及人們的生活都與其息息相關(guān)，我國(guó)有著大量的礦產(chǎn)資源，由于我國(guó)地大物博，因此許多礦產(chǎn)資源并未被探測(cè)以及勘查出來(lái)，三維激光掃描技術(shù)對(duì)于當(dāng)前的礦山測(cè)量工作至關(guān)重要，因此必須要掌握技術(shù)，不斷創(chuàng)新提升。

1 測(cè)量工作在礦山建設(shè)中的重要作用

礦產(chǎn)測(cè)量工作在當(dāng)前是礦產(chǎn)行業(yè)發(fā)展過(guò)程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，關(guān)系到后續(xù)的生產(chǎn)運(yùn)輸以及各項(xiàng)工作，而礦產(chǎn)測(cè)量工作也是一門現(xiàn)代化的先進(jìn)學(xué)科，需要融合眾多的基礎(chǔ)知識(shí)以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在工作過(guò)程中不斷創(chuàng)新實(shí)踐從而應(yīng)用和發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)。礦山測(cè)量工作包括工程的測(cè)量、土地測(cè)量、地形測(cè)量等等，為礦山的基礎(chǔ)建設(shè)以及礦產(chǎn)企業(yè)的日常工作而服務(wù)，它是礦產(chǎn)行業(yè)發(fā)展以及創(chuàng)新的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)。礦山測(cè)量工作能夠?yàn)榈V產(chǎn)企業(yè)提供大量的科學(xué)數(shù)據(jù)能夠反映出采礦當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，進(jìn)一步促進(jìn)安全化生產(chǎn)和科學(xué)化生產(chǎn)。

2 礦山測(cè)量過(guò)程中存在的問(wèn)題

2.1 圖紙審核缺乏科學(xué)

礦山測(cè)量工作涉及眾多的環(huán)節(jié)以及藝術(shù)，其中最為基礎(chǔ)的就是圖紙的設(shè)計(jì)以及審核，是所有工作的前提以及基礎(chǔ)，能夠不斷保證礦山測(cè)量工作的時(shí)效性、準(zhǔn)確性、科學(xué)性和公正性。然而近些年來(lái)礦山行業(yè)不斷發(fā)展礦產(chǎn)測(cè)量工作雖然已有著一定程度的創(chuàng)新，然而在測(cè)量隊(duì)伍建設(shè)以及圖紙審核方面仍舊存在著一定的欠缺。近些年來(lái)發(fā)生的數(shù)字失誤、圖紙丟失、圖紙信息錯(cuò)誤現(xiàn)象越來(lái)越多，嚴(yán)重影響著礦山測(cè)量工作的進(jìn)行，也為后期的礦山生產(chǎn)工作帶來(lái)了巨大的損失。其次是巷道標(biāo)注不一致，在礦山測(cè)量過(guò)程中，由于涉及到很多的巷道，因此需要設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)非常緊密，如果標(biāo)注不一致很容易忽略到一些礦井，影響測(cè)量效果，為以后在礦山開采埋下隱患。

2.2 導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)落后

在礦山測(cè)量過(guò)程中，除了圖紙階段容易出現(xiàn)很多問(wèn)題，井下導(dǎo)線測(cè)量也成為當(dāng)前人們廣泛注意的問(wèn)題和環(huán)節(jié)，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：首先，人們?cè)谶M(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量的時(shí)候，由于知識(shí)以及經(jīng)驗(yàn)不足，在工具的準(zhǔn)備和環(huán)境的勘測(cè)上表現(xiàn)較為不充分，工作人員在進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量的時(shí)候，面對(duì)突發(fā)情況難以及時(shí)采取有效的措施。在突發(fā)情況出現(xiàn)的時(shí)候，測(cè)量人員要以最短的時(shí)間迅速到達(dá)指定位置，因此在時(shí)間上準(zhǔn)備不充足，這就要求測(cè)量人員需要快速的準(zhǔn)備好工具以及資料，如果前期準(zhǔn)備不充分，將會(huì)影響礦山測(cè)量的進(jìn)度和質(zhì)量。第二是資料和數(shù)據(jù)的記錄工作，由于井下導(dǎo)線測(cè)量的環(huán)境因素，噪音較大、環(huán)境復(fù)雜，因此相關(guān)從業(yè)人員在進(jìn)行記錄的時(shí)候會(huì)受到一定的阻礙，容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)記錄不全、原始數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問(wèn)題。第三是測(cè)量工作的儀器維護(hù)，進(jìn)行井下礦山測(cè)量需要用到大型測(cè)量?jī)x器，并且測(cè)量要求相對(duì)來(lái)說(shuō)較高，測(cè)量工作人員要保持一定的集中力，在測(cè)量工作開始之前確保機(jī)器完整無(wú)損，但是當(dāng)前礦產(chǎn)測(cè)量工作人員往往忽略了對(duì)儀器的檢查和維護(hù)，導(dǎo)致儀器的持久性和耐用性受到很大影響，在使用儀器的過(guò)程中發(fā)生故障。

2.3 測(cè)量設(shè)備落后

我國(guó)的礦山測(cè)量工作發(fā)展較晚，因此在相關(guān)的技術(shù)以及設(shè)備研究上面發(fā)展并不完善，與其他先進(jìn)國(guó)家的發(fā)達(dá)技術(shù)存在著一定的差距。由于自身檢測(cè)儀器的局限性，因此在實(shí)際的礦山測(cè)量過(guò)程中，很容易受到信號(hào)、系統(tǒng)性能、設(shè)備系統(tǒng)等方面的干擾，為礦山測(cè)量工作帶來(lái)較大的困難，尤其是受礦山的磁場(chǎng)信號(hào)影響，如果測(cè)量設(shè)備穩(wěn)定性不高，將會(huì)導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)失真的情況。

3 三維激光掃描技術(shù)簡(jiǎn)介

近些年來(lái)隨著我國(guó)礦產(chǎn)行業(yè)的不斷發(fā)展，礦產(chǎn)測(cè)量工作開始不斷發(fā)揮著自身的優(yōu)點(diǎn)以及積極作用，開始在我國(guó)的礦山測(cè)繪領(lǐng)域不斷應(yīng)用屏蔽著自身便捷高效、精密度高的現(xiàn)代化優(yōu)點(diǎn)，受到了人們的喜愛。三維激光掃描技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)用當(dāng)前不斷發(fā)展的掃描技術(shù)，對(duì)物體進(jìn)行實(shí)地的勘測(cè)以及三維掃描，在收集精確的數(shù)據(jù)以及分析之后，對(duì)立體物品進(jìn)行進(jìn)一步的描繪，以此來(lái)更好地進(jìn)行信息和樣本的采集收集，進(jìn)而制定出科學(xué)高效的三維影像。三維激光掃描技術(shù)是在對(duì)激光測(cè)繪原理進(jìn)行進(jìn)一步的研究以及提升產(chǎn)生的現(xiàn)代化新型探測(cè)技術(shù)，通過(guò)激光掃描能夠快速對(duì)掃描物品進(jìn)行整體的了解以及各個(gè)精確點(diǎn)的定位形成的立體影像，也能夠幫助人們更加科學(xué)直觀的了解物品，做好探測(cè)工作。三維激光掃描儀器分為機(jī)載型、手持型以及車載型，能夠進(jìn)行近距離探測(cè)以及遠(yuǎn)距離探測(cè)，也可以按照科學(xué)的探測(cè)原理分為不同的模式。

4 三維激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的比較

三維激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)更多，精確度更強(qiáng)，測(cè)量工作也更加高效便捷。在當(dāng)前的礦山測(cè)量工作進(jìn)行過(guò)程中，三維激光掃描技術(shù)必須要首先對(duì)整個(gè)礦區(qū)探測(cè)區(qū)域進(jìn)行基礎(chǔ)性的了解與控制，對(duì)實(shí)際開采的礦區(qū)獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，這樣能夠?qū)⒉煌刂泣c(diǎn)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的匯總，統(tǒng)一到一個(gè)坐標(biāo)體系中，將掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)主動(dòng)的拼接以及處理，從而能夠進(jìn)一步形成真實(shí)科學(xué)的三維影像，以此對(duì)即將開采的礦山進(jìn)行進(jìn)一步的了解和控制，制定出下一步的工作方法。而傳統(tǒng)礦山測(cè)量技術(shù)需要投入大量的人力、物力以及財(cái)力，數(shù)據(jù)收集以及檔案管理也較為陳舊、時(shí)間較長(zhǎng)，難以提高礦山測(cè)量以及礦產(chǎn)開采的工作效率?？偠灾?dāng)前三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用逐漸廣泛，已經(jīng)逐漸受到了人們的寫傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)，逐漸退出了礦山測(cè)量的實(shí)際工作。礦山企業(yè)也不斷減少成本，工作難度也大大降低，精確的測(cè)量效果開始在礦山測(cè)量行業(yè)中發(fā)揮自身的魅力。

圖1 手持式激光掃描儀井下作業(yè)圖

圖2 三維激光掃描巷道成圖

5 維激光掃描儀技術(shù)在礦山測(cè)量應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)

5.1 三維激光掃描儀技術(shù)在礦山測(cè)量應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)

三維激光掃描儀在工作過(guò)程中屬于非接觸測(cè)量，因此在對(duì)礦山測(cè)量區(qū)域內(nèi)任何物體進(jìn)行掃描時(shí)都具有極強(qiáng)的特殊性，尤其是露天采場(chǎng)、爆破平臺(tái)、尾礦庫(kù)機(jī)、廢石堆場(chǎng)等等，由于工作人員人力無(wú)法到達(dá)，因此人工測(cè)量時(shí)存在著較大的困難。而采用三維激光掃描儀技術(shù)能夠很快突破這些問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)科學(xué)的測(cè)量，得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。其次，三維激光掃描儀就在實(shí)際礦山測(cè)量過(guò)程中進(jìn)行作業(yè)大多為面采集模式，能夠在保證測(cè)量精度的前提之下，對(duì)高密度的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和儲(chǔ)存。第三，三維激光掃描儀自身的格式兼容性較好，能夠配合GPS 設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)進(jìn)一步開展高精度的礦山測(cè)量工作，能夠更加全面豐富地獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

5.2 三維激光掃描儀在礦山測(cè)量工作中的缺點(diǎn)

三維激光掃描儀測(cè)量技術(shù)在我國(guó)礦山測(cè)量工作過(guò)程中的應(yīng)用還存在著一定的不足，首先是引進(jìn)時(shí)間較短，需要花費(fèi)大量的作用，國(guó)內(nèi)的研發(fā)設(shè)備以及研發(fā)團(tuán)隊(duì)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。其次是測(cè)量原理，在一定區(qū)域的測(cè)量工作過(guò)程中存在著隱患。

6 三維激光掃描儀技術(shù)在礦山測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用

三維激光掃描儀技術(shù)在當(dāng)前的礦山測(cè)量領(lǐng)域過(guò)程中應(yīng)用較為廣泛，在露天采場(chǎng)、爆破平臺(tái)、地下采礦區(qū)、巷道、廢石堆場(chǎng)等等都有應(yīng)用，技術(shù)主要有如下方面。

6.1 在礦區(qū)地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用

在礦山測(cè)量地形圖外業(yè)測(cè)量工作過(guò)程中運(yùn)用三維激光掃描儀，能夠?qū)o(wú)法接觸的區(qū)域進(jìn)行快速高效的測(cè)量，從而收集相關(guān)的數(shù)據(jù)。進(jìn)行內(nèi)業(yè)作業(yè)時(shí)，三維激光掃描儀技術(shù)能夠按照一定的格式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)制作軟件中運(yùn)用相關(guān)的技術(shù)合理生成，整理成圖。

6.2 在不規(guī)則體建模及工程量計(jì)算中的應(yīng)用

這一方面的應(yīng)用主要是分為兩個(gè)部分，第一是確定基準(zhǔn)面方面下一步工作的進(jìn)行，第二是利用三維激光掃描儀技術(shù)進(jìn)行三維建模以及工程量計(jì)算。

6.3 在工業(yè)廠區(qū)三維建模中的應(yīng)用

當(dāng)前礦山行業(yè)發(fā)展越來(lái)越好，礦山工業(yè)區(qū)內(nèi)也存在著大量的建筑，各類管線相互交錯(cuò)，采用三維激光掃描儀測(cè)量技術(shù)，能夠?qū)Ξ?dāng)前物業(yè)廠區(qū)的情況進(jìn)行了解，生產(chǎn)科學(xué)的三維模型圖，進(jìn)一步提供科學(xué)詳細(xì)的資料。

6.4 山地分布

工作人員必須要在礦產(chǎn)資源開采工作進(jìn)行之前，對(duì)礦山的地形分布以及自然地貌進(jìn)行了解和勘察，這樣才能夠根據(jù)礦山的實(shí)際情況制定出科學(xué)合理的施工計(jì)劃，與此同時(shí)必須要對(duì)礦產(chǎn)資源開采過(guò)程中所需要的材料和設(shè)備制定合理的路線，這樣才能夠依靠山地自然地貌因地制宜的開展工作，這樣能夠不斷提高礦產(chǎn)資源開發(fā)效率，降低企業(yè)的投入成本。

6.5 地質(zhì)分布圖

在礦產(chǎn)資源開采工作進(jìn)行之前，對(duì)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行測(cè)量也是非常重要的工作，不同的地質(zhì)環(huán)境所采取的工作方法以及機(jī)械設(shè)備都不一樣，必須要根據(jù)不同的地質(zhì)變化來(lái)清楚的探知身體內(nèi)所富含的礦產(chǎn)資源，這樣才能夠保證后續(xù)課程資源開發(fā)工作的平穩(wěn)進(jìn)行。GPS-RTK 技術(shù)能夠全方位的探知礦產(chǎn)資源分布地區(qū)的實(shí)際情況，如身體內(nèi)含有巖石分布，可以通過(guò)GPS-RTK 技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)身體內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行了解，使礦產(chǎn)資源開采工作有科學(xué)的數(shù)據(jù)保障。

6.6 建造中的地質(zhì)變化

我國(guó)地大物博、幅員遼闊，擁有非常豐富的礦產(chǎn)資源，而礦產(chǎn)資源一般分布在地貌險(xiǎn)峻的山體之中，因此進(jìn)行礦產(chǎn)資源開采還要花費(fèi)大量的時(shí)間對(duì)山體進(jìn)行開采。對(duì)山體進(jìn)行開采不僅工程量大，同時(shí)面臨很多危險(xiǎn)，因此在開發(fā)過(guò)程中一定要收集各方面的數(shù)據(jù)和自然情況，一旦某一方面出現(xiàn)紕漏，很有可能引起山體陷落事故的發(fā)生。GPS-RTK 測(cè)量技術(shù)能夠?qū)ι眢w的情況進(jìn)行科學(xué)的適時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)突發(fā)事故，能夠及時(shí)采取科學(xué)措施，極大保證了開采人員的生命健康安全。

6.7 GPS-RTK 在塌陷區(qū)域治理中的應(yīng)用

GPS-RTK 技術(shù)也能夠?qū)ΦV產(chǎn)資源開采過(guò)程中遇到的山體陷落現(xiàn)象進(jìn)行及時(shí)的處理和展示，首先，使用GPS-RTK 技術(shù)能夠精準(zhǔn)的測(cè)量出身體塌陷區(qū)域的位置，從而確定精確的塌陷位置以及塌陷范圍。在對(duì)山體塌陷位置以及范圍進(jìn)行初步了解之后，可以通過(guò)數(shù)據(jù)搜集和整理設(shè)置科學(xué)的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行下一步工作，通過(guò)科學(xué)的測(cè)量工作得出山體塌陷的具體原因，這樣就能夠很快制定科學(xué)正確的補(bǔ)救措施。其次GPS-RTK 技術(shù)的測(cè)量結(jié)果非常精確，綜合考慮各個(gè)方面因素之后，能夠根據(jù)礦產(chǎn)資源開采工作以及實(shí)際施工需要對(duì)山體內(nèi)部情況進(jìn)行精準(zhǔn)的繪制，繪制出地震波圖，從而對(duì)山體內(nèi)部情況進(jìn)行還原，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析。最后，通過(guò)GPS-RTK 技術(shù)對(duì)塌陷區(qū)域的安全性進(jìn)行檢測(cè)，最大程度地保證下一步施工的安全性和科學(xué)性，避免在礦山資源開發(fā)過(guò)程時(shí)出現(xiàn)不可控制的不安全因素。所有的測(cè)量工作都必須做好充分的準(zhǔn)備，確定相關(guān)儀器相關(guān)位置，確定自然條件，確定事故人員的專業(yè)性，這樣才能夠保證測(cè)量工作的精準(zhǔn)性，保證數(shù)據(jù)的科學(xué)性。

7 如何利用三維掃描技術(shù)有效提升礦山測(cè)量質(zhì)量

7.1 嚴(yán)格把控測(cè)量精度

在以往的實(shí)際測(cè)量工作過(guò)程中，由于測(cè)量工作人員重視程度不夠，或缺少相關(guān)的精準(zhǔn)理念，因此數(shù)值上經(jīng)常出現(xiàn)偏差現(xiàn)象。隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，參加工作人員必須要不斷提升自身的工作態(tài)度，不斷加強(qiáng)精準(zhǔn)力度重視測(cè)量工作過(guò)程中數(shù)據(jù)中產(chǎn)生的偏差，在實(shí)際工作開展之前充分考慮到施工地點(diǎn)的種種因素，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行進(jìn)一步的分析和研究，只要從實(shí)際測(cè)量過(guò)程中可能出現(xiàn)誤差的地點(diǎn)，并且提前制定出行之有效的措施，來(lái)對(duì)誤差進(jìn)行防范和解決。對(duì)于工作過(guò)程中容易出現(xiàn)誤差、解決難度較大的地點(diǎn)，必須要不斷加大資金投入，積極引用先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備，不斷提高礦山測(cè)量工作過(guò)程中井下巷道貫通測(cè)量的質(zhì)量和進(jìn)度。

7.2 三維視圖數(shù)字技術(shù)

礦山建設(shè)和開采工作進(jìn)行之前，需要通過(guò)礦產(chǎn)測(cè)量，對(duì)礦山的空間信息、地表形貌、巖土特性進(jìn)行一定的測(cè)量和了解，利用當(dāng)前不斷發(fā)展的數(shù)字化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)礦山信息采集處理的三維視圖技術(shù)，將實(shí)際測(cè)量所得到的數(shù)據(jù)處理為三維立體圖形，進(jìn)而為企業(yè)管理者和工作人員提供實(shí)際的分析和判斷數(shù)據(jù)。Maya 和3D SMAX 是三維立體設(shè)計(jì)中最常用的應(yīng)用軟件，Maya 的功能較為全面，基本功能有三維效果功能、外加建模、布料和運(yùn)動(dòng)等動(dòng)態(tài)功能，在操作上較為簡(jiǎn)單，因此有極大的實(shí)用性，更適合推廣應(yīng)用。

7.3 數(shù)字化應(yīng)用的重要性

在礦產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，企業(yè)管理者要根據(jù)自身的實(shí)際情況，結(jié)合企業(yè)自身發(fā)展現(xiàn)狀，不斷投入資金，增強(qiáng)專門的專業(yè)性數(shù)字化人才，進(jìn)一步推進(jìn)和落實(shí)企業(yè)的數(shù)字化技術(shù)，提高企業(yè)的數(shù)字化器材操作水平，合理規(guī)劃現(xiàn)代礦產(chǎn)資源和開采管理系統(tǒng)。礦產(chǎn)企業(yè)工作人員必須緊跟時(shí)代和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的前沿，將數(shù)字化理論知識(shí)和操作經(jīng)驗(yàn)融會(huì)貫通，并有自己新的應(yīng)用，逐步提高企業(yè)自身的技術(shù)和數(shù)字化水平。當(dāng)前的數(shù)字化潮流是綜合應(yīng)用，而全站儀、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)等，企業(yè)的使用者和推廣者必須要重視其綜合性，不能單一地看待和加大某一項(xiàng)科技和軟件的過(guò)度投入，要結(jié)合礦山測(cè)量的具體情況和企業(yè)的實(shí)際發(fā)展，有重點(diǎn)、有選擇地積累經(jīng)驗(yàn)。

7.4 以數(shù)字礦山為基礎(chǔ)開展數(shù)字化測(cè)量工作

數(shù)字礦山是以智能化、信息化帶動(dòng)當(dāng)前礦產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行更新與創(chuàng)造的現(xiàn)代化發(fā)展理念，已得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，有助于當(dāng)前礦產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行綠色開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)新型的礦產(chǎn)企業(yè)路線。利用數(shù)字礦山信息化進(jìn)行礦山測(cè)量有助于加強(qiáng)當(dāng)前擴(kuò)展企業(yè)管理人員和工作人員的數(shù)字化認(rèn)識(shí)，有助于當(dāng)前礦產(chǎn)企業(yè)決策層對(duì)數(shù)字化測(cè)量技術(shù)應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，有助于增強(qiáng)礦產(chǎn)企業(yè)的自身實(shí)力和競(jìng)爭(zhēng)力，有助于礦產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測(cè)量技術(shù)和設(shè)備儀器的引進(jìn)，當(dāng)前的礦產(chǎn)企業(yè)應(yīng)根據(jù)相關(guān)政策和技術(shù)支持，重新明確企業(yè)的發(fā)展方向，新一步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化礦山測(cè)量的發(fā)展。

8 結(jié)語(yǔ)

總而言之，三維激光掃描儀測(cè)量技術(shù)能夠及時(shí)有效的解決傳統(tǒng)測(cè)量工作過(guò)程中存在的問(wèn)題，開展高科學(xué)高效率的現(xiàn)代化測(cè)量工作，對(duì)我國(guó)礦山測(cè)量工作的穩(wěn)定發(fā)展具有極其重要的作用。