三维激光扫描技术在矿山测量中的应用

三维激光扫描技术在矿山测量中的应用

刘乘麟 张贵军

山东黄金矿业（沂南）有限公司 山东 临沂 276317

摘要：随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。构建矿山并实行绿色发展模式，是实现产业可持续发展的有效方式。将三维激光扫描技术合理利用，三维激光扫描技术是一种新型测量方式，突破了传统的单点测量方法，通过高速激光扫描测量的方法，可快速、全天候、大面积采集复杂地形表面的（X,Y,Z）坐标和反射率、（R,G,B）颜色信息，进而建立被测目标高分辨率、高精度的数字高程模型，很好解决了空间信息技术发展实时性和准确性的瓶颈，在矿山领域可以为矿山前期规划设计、建设生产、矿山资源储量管理方面提供高精度的三维信息数据（相比无人机摄影测量具有更高的精度）。相比传统的单点测量方式，具有简单、高效、精确等特点。本文就三维激光扫描技术在矿山测量中的应用展开探讨。

关键词：三维激光扫描技术；矿山测量；模型

引言

矿山是国土资源的基本构成，保障矿山开采工作能有序进行，能提升矿山资源的利用率。将三维激光扫描技术合理利用，是现代矿山开采的核心技术构成。将地面测量以及井下测量工作有效落实，将矿山测量任务有效推进，能够更好地满足产业发展需要。

1三维激光扫描技术的应用原理及优势

三维扫描技术又称“三维实景复制”技术，主要利用激光设备对被测区域进行真实场景扫描。通过实际场景的数字化，可以捕捉到被测区域的环境要素、控制点信息以及被测物体表面的反射强度等。通过捕捉颜色信息，生成空间三维点云，可以扫描环境、建筑物、设备等区域进行研究和绘制。激光三维扫描技术在测绘领域的应用是通过确定被测物体的三维坐标来完成其相关的测绘目标的。在确定被测物体的三维坐标时，其主要内容包括距离、角位移、扫描和方位等信息。（1）在遥测环节中，利用三维激光扫描技术对被测物体进行遥测分析。常用的方法有脉冲法、相位法和三角剖分法。在上述三种遥测方法中，相位法用于遥测工作中的频率较高。可以有效分析和计算光信号对被测距离形成的相对差的调制，并计算和确定被测距离随时间的变化形态。在医学领域和相关的精密测量场合中，应用相对较多；三角剖分法在距离测量分析中的应用是通过几何关系实现距离测量和分析，在近距离测量中应用较多；脉冲法在距离测量分析中的平均应用是利用脉冲发射和接收形成的时差进行距离测量和分析。这种距离测量分析方法广泛应用于三维激光扫描设备中。（2）在角位移的测量与分析中，作为三维激光扫描技术的重要测量内容之一，在实际测量与分析中，通过线性位移和角位移两种不同的测量方法来实现。其中，利用CCD器件、激光发生器、直角棱镜等组成的系统对直线位移进行测量和分析，通过对角位移幅值的测量和分析，得到步距角等，更好的对角位移的实际大小进行分析和测量。（3）三维激光扫描技术是对被测物体进行扫描和定向的技术。扫描是确定被测物体空间坐标的重要步骤。它向被测区域发射扫描激光，然后根据激光往返时间或相位差测量和计算其距离。扫描被测物体时，编码器由扫描测量系统的内部时钟控制，以测量和获取其纵向和横向角度值。根据相关的计算公式，实现被测点三维空间坐标值的计算，得到被测点的三维空间坐标值。在被测物体的定向操作环节，将扫描坐标系中获得的数据转换为大地坐标系，计算出方向识别标志的中心坐标，并支持坐标公共点转换。通过相应的坐标系和转换应用系数，可以得到被测物体的各种测量值。

2矿山测绘阶段三维激光扫描技术的具体应用

2.1确定测量的主要任务

利用三维激光扫描技术，在矿山测量阶段，围绕塌陷区治理相关工作的技术要求，能够将测量任务优化，而且利用数字化的技术手段，将比例尺地形图测绘管理工作有效落实，对矿山测绘有关键影响。根据塌陷区域的矿山实际情况，构建数字化模型，后续在采空区治理阶段，塌陷问题也能第一时间处理。

2.2三维激光扫描仪的测量

利用三维激光扫描仪进行地形测量主要分为外业点云数据采集和内业点云数据处理。（1）外业点云数据采集：点云数据采集时包括测站点选取、控制测量、点云采集三步。测站点选取时根据被测地形的实际情况均匀分布，对于复杂地形可多设站，考虑测站之间的衔接，避免出现扫描死角，尽可能提高扫描覆盖率,并且站点不能设置太远，必须在扫描仪的有效扫描距离内，还必须设置合理的站数，站数如果选择少了，就会出现扫描盲区，拼接后的数据有黑洞，如果站数过多，就会降低扫描效率，增加扫描时间，也会积累拼接的误差，所以应该根据实际情况，设置尽量少且合理的站数，获得最佳的扫描结果。测站点选定后可由GPS-RTK测得测站点绝对坐标，再通过后视定向原理为仪器设定好坐标系，后视点选取时尽量选取在地势较高的位置，做到尽可能多的测站用到同一后视点，以防止后视坐标产生的误差影响后期数据拼接。待三维激光扫描仪在矿山正式投用后可以考虑在较高位置设置永久后视点，来减少后视点的误差对测量精度的影响。最后在手簿中设置气压、温度、天气、光照强度等参数，保证激光测距的精度，最后再由仪器进行360°旋转获取点云数据。（2）点云数据处理：点云数据处理包括数据匹配、去噪抽稀和数据建模。将数据导入配置的数据处理软件中，分析扫描数据，查看分层情况，如出现数据分层，可通过配准功能将分层数据进行匹配。去噪抽稀是将扫描过程中现场存在的人员、设备、粉尘等噪点过滤，主要的方式有地形过滤、按最小间隔过滤、特征点过滤、近程过滤等。数据建模是通过大量的点云数据形成数字地形模型，实现该功能的主要方式有地形三角网、消峰、孔洞填充等。

2.3野外数据搜集以及内业务数据管理

对矿山测量要点工作进行分析，三维扫描技术应用的过程中，通常是需要建立数字模型的，将参照点建立之后，详细有效地将采空数据获取，将矿山库尾部的技术应用方案确立，构建相关模型之后，能够获得有效的数据支持条件，确定矿区测量对象的空间特征之后，几何位置相关的数据信息能够第一时间获取，而且将点云发射密度值的控制，也能按照技术要求进行。在确立参照点之后，会发现参照点的反射作用较强。需要将站点拼接工作做好，并将点云数据的精确性提升。在不同站点进行测量管理，高强度反射点布设管理工作有效落实，获得相关数据信息之后，能尽快完成数据信息处理，并建立数据模型。在相关项目实践或数据处理的过程中，各项技术应用存在一定的差异性，做好各种形式的数据输出与管理，并生成特定的地形图，技术应用效率提升，空间数据分析有序开展，各项工作都能获得有利的数据支持条件。

结语

综上所述，通过三维数字化技术的实际应用，可以完全实现测图点的定位，在短时间内采集到大量的测图点参数信息。分析我国矿山测绘产业发展实力，在现代社会背景之下，我国经济实力不断提升，测绘产业迅猛发展，对现代科技的应用要求逐渐增多。将三维激光扫描技术合理利用，能有效提升矿山工程测绘质量。因此，相关的技术人员，要不断提升自身专业性，明确市场发展需要调整技术方案，保持足够的专业态度，积极应对在矿山测量阶段的问题，探索改革创新发展的有效途径，保障工程测绘的质量，为我国工程测绘事业发展奠定良好基础。

参考文献

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