三维激光扫描技术与传统测量技术在矿山测量中的应用比较

2015-10-31胡小峰王建华

中国科技纵横 2015年14期

关键词：扫描仪储量矿山

胡小峰　王建华

（巴州新矿测绘中心，新疆库尔勒 841000）

三维激光扫描技术与传统测量技术在矿山测量中的应用比较

胡小峰王建华

（巴州新矿测绘中心，新疆库尔勒 841000）

采用激光扫描仪进行地形和矿山测量是目前世界上比较先进的测量技术，具有大面积、高自动化、高速率、高精度的测量特点。利用三维激光扫描技术获得高密度点云数据进行体积计算，解决了复杂矿山开采与储量的测量精度问题。本文以诺尔湖铁矿为例，通过对传统测量方法的比较表明该方法数据采集快、精度高，具有极高的实际应用价值。

激光扫描技术土方量计算南方CASS

采集过程安全简单。采用激光扫描仪不但可以采用非常高的分辨率进行数据采集，而且能获得三维数据，因此很容易生成较其它常规测量方法更为准确的数字高程模型。它比传统的GPS+全站仪的测量作业方式，作业效率更高，优势更明显，作业成果完全能满足高寒地区地形测量。

1　常规测量技术的缺点

1.1测量精度低

矿区位于天山腹地，地势险峻，切割强烈，海拔在3500m-4400m之间，绝大多数测区在雪线附近，且有部分测区为四季冰川，部分冰川上覆盖有碎石，人在上面不易行走，这给测量工作带来很大困难。使用常规测量方法时碎部点的密度不足，进行开采量和矿体储量计算时，其精度不能保证。目前实际工作中，矿山的开采储量都是经过多次核算或补做外业工作来完成，常规测量技术的落后已严重影响了矿山储量和土方计算的精度。

1.2测量速度慢

常规测量受人员、仪器、外界条件的影响较大，速度很慢，一个作业小组正常情况下三个工作日才可以完成该矿山的全部测量工作。采用三维激光扫描仪后一个工作日即可完成同样的工作量。

1.3安全隐患多

由于露天矿开采面的特殊性，给测量工作人员带来巨大的不安全性，如陡峭的山体、落石、不稳定的矿体、积雪、冰川。不管采取什么保护措施都不能从根本上消除客观存在的危险。三维激光扫描技术采用非接触测量方式进行并自动存储点云数据。

1.4直观性差

常规测量采用数据报表，没有与数据相对应的矿山图像，监管人员无法直观了解矿山的实际开采状况。

常规地质测量的缺陷，决定了它不能满足矿山储量动态监管的客观要求。那么，采用什么样的技术能做到精度高、速度快又安全呢？

表1

2　RIEGL VZ-4000扫描仪的基本原理

三维激光扫描仪发射器发出一个激光脉冲信号，经目标表面漫反射后，沿几乎相近的路径反向传回到接收器，计算目标点与扫描仪距离S，控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值β。三维激光扫描测量是仪器自定义坐标系。X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内与X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直，获得P的坐标。如图1，2所扫描仪三维计算示意图和公式。

3　三维激光扫描技术在露天矿测量应用

3.1工作程序

（1）根据矿区的地形条件，使控制点均匀分布在矿区四周的边帮上。

（2）实地扫描开采区，获取点云数据。

（3）数据处理:外业扫描到的点云数据量非常大，既包含有用的数据，也包含车辆、行人、雪、雨等无用的数据，这些无用的数据，我们称之为噪点数据。这些点云数据必须要经过处理。从点云到测绘成果的实现包括扫描数据分区、反射片的选取、建立扫描站点云数据模型、点云拼接、坐标转换、数据抽隙、去噪点、格式转换，最终生成南方CASS数据文件（图3，图4）。

（4）计算开采范围内的体积和相关储量数据。

3.2激光扫描技术与传统测量的比较

通过对剥离后所得矿堆体积的计算发现用三维激光扫描仪所测点云数据获得的方量差为1.5万立方，而常规测量方法测出的方量差为5.75万立方米（表1，表2）。