三维激光扫描技术在露天矿测量中的应用李东

三维激光扫描技术在露天矿测量中的应用李东

李东

中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司

露天矿物测量是指：建立和生产矿物时，必须完成的相关测量数据的统计。其基本内容包括：地形检测，采矿和验收工程验收测量，坡度测量和相关管道测量。由于露天矿生产设备的环境要求复杂，上一代测量科学仪器无法满足当前露天矿测绘的精度和速度要求。

3D激光扫描技术是一种新兴的科学技术，在当代迅速发展。为了适应矿井相对凌乱的环境条件，3D激光扫描仪使用非接触式高速激光映射模式，可以更将简便的得到所测实物的水平方位、天顶距等数据，还能够自主将数据储存计算，得到所测点的运输局。将点的云数据输入电脑计算后，能迅速重组出实物的三维模型所需要的制度内容。3D激光扫描系统带来了矿物数据测量的新时代。

一、露天矿测量的主要任务

露天矿勘测的基本目的是对矿山储量进行地质调查。矿区山脉矿储量的地质调查基于矿物勘探报告或储量核算报告，该报告基于矿区所占储量的登记和矿区储量的年度报告。根据矿区调查和矿区地质目录，采矿区采样试验等技术手段，通过矿区地质条件数据，估算矿井损失量及增减量。今年准备年度矿山储量报告，并进行年度矿山预留资源储备的年度结算。矿山储量地质调查的核心工作是矿体测量的准确性以及多年来相关储量数据的一致性和连续性。

露天矿地质调查的基本工作包括：建立矿山基础控制网络，挖掘基础技术档案，根据《规范》对采矿区进行地质调查，计算采矿区的矿体体积，地质调查结果的质量检验，储量计算和矿山地图的制作，编写年度报告。

二、传统地质测量技术的缺陷

2.1测量精度差

由于矿井在采矿过程中客观地形成采矿工作面的不规则表面，露天矿和地下矿的采矿表面不均匀。传统的地质调查属于矿区。因此，结果的正确性主要取决于由点的位置和垂直点选择的计算模型。

对于平面采矿工作面，保证垂直点的数量和位置。然而，对于露天矿或隧道，采矿工作面非常复杂。在许多地方，岩壁陡峭，隧道扭曲扭曲，建筑工人无法进入，因此无法满足垂直点的数量和位置。矿体计算通常通过截面法，平方法或三角法进行，因为点的间距相对较大。不管采用哪种方法计算矿体与实际产量都具有一定误差。

2.2测量速度慢

传统的地质调查非常缓慢。理想情况下，运营团队只能在一个工作日内测量一个矿山，加上必要的准备和内部数据计算。完成矿井中的所有测量需要两天时间。然而，矿山储量的动态调整对时间非常敏感，典型的运行时间仅为三个月。因此，传统的地质调查需要大量的人力和物力来动态监测矿山储量。

2.3测量过程中存在安全隐患

矿区地质调查作为一个万分危险的任务，需要探测人员在悬崖峭壁上进行勘测，其危险性不可小视。

2.4缺乏图像数据，不直观，不便于判断和管理

传统的地质调查与数据不匹配，只能从数据中判断出情况，无法真正了解实际的采矿情况。

传统地质调查的上述缺点决定了它不符合采矿调查的复杂环境条件。

三、三维激光扫描技术的原理和特点

3.1三维激光扫描仪测量原理

3D激光扫描系统通常包括扫描仪，控制器（计算机）和电源系统。激光扫描仪本身主要包括激光测距系统和激光扫描系统，以及集成的CCD和设备内部控制和校正系统。在该装置中，两个同步镜快速且周期性地旋转，并且由激光脉冲发射器发射的窄光束的激光脉冲在测量区域中被顺序扫描。该装置返回每个激光脉冲从测试对象表面通过的距离（或相位差）用于计算距离，并且控制和测量扫描控制模块的每个脉冲激光的角度。最后，计算待测物体上的激光点的三维坐标。

3.2三维激光扫描技术的特点

与传统测量技术相比，3D激光扫描技术具有以下特点：

1）使用非接触式扫描目标测量的非激光扫描技术的非接触式测量，无需反射棱镜，而不需要进行表面处理，用于扫描所述目标对象，所述对象的表面的三维数据它直接收集。它可以用来解决困难的情况下，该人见面和危险的目标、环境（或柔性球），具有技术优势，这是很难完成的传统测量方法那里。

2）数据采样率高。目前，使用脉冲激光或时间激光的三维激光扫描仪的采样率可以达到每秒几千点。通过相位激光技术测量的3D激光扫描仪可以达到每几十万个点。您可以看到采样率与传统测量方法不一致。

3）主动辐射扫描光源。3D激光扫描技术，因为它在扫描过程中使用有源发射扫描源，通过照射（激光）来检测激光回波信号本身，为了获得目标对象的数据信息，时间和扫描环境可以实现空间约束。

4）高分辨率、高精度。三维激光扫描技术可以获得高精度的海量点云数据，通过在扫描目标上进行高密度三维数据采集，可以实现高分辨率。

5）数字采集，兼容性极佳。3D激光扫描技术收集的数据是直接采集的数字信号，具有完整的后期处理和输出数字功能。

6）与相机、GPS系统一同使用。这些功能大大扩展了3D激光扫描技术的使用范围，信息采集更加全面和准确。外部数码相机的使用增强了颜色信息的收集，并且通过扫描获得的目标信息变得更加全面。GPS定位系统的应用使得3D激光扫描技术的应用范围更加广泛，与工程的结合更加紧密，数据的准确性进一步提高。

四、三维激光扫描技术在露天矿测量中的应用

4.1工作程序

1）将在不同控制点处获取的数据归一化到相同的坐标系。

2）自动连接扫描数据。

4.2需提交的主要成果

1）矿山扫描图像和点云数据；

2）矿体三维模型结果；

3）地质调查结果质量评审

4）矿区地貌图。

5）采矿区块分析图。

五、结束语

结论综上所述，全数字三维激光扫描技术的应用为露天矿测量工作提供了可靠的方法。这是目前露天矿山地质调查，快速，方便，安全的技术解决方案，明显优于传统的矿山调查。作为最有效，最快速和最经济的技术，它将广泛应用于露天采矿勘探。

参考文献：

[1]徐茂林,高延东,张贺,贾国辉,贺丹.三维激光扫描技术在露天矿边坡监测中的应用[J].辽宁科技大学学报,2015(03)

[2]丁佩,缪建军.三维激光扫描技术在土方测量中的应用[J].城市勘测,2018(06)