矿洞三维建模的技术分析及作业研究

龚 平

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局一总队，贵州 清镇 551400）

随着近些年我国旅游事业的不断发展，各地先后出现了众多矿洞项目，并由此生成了诸多的矿洞建模需求。而在以往的矿洞建模工作当中，工作人员大多选择采用建立实体模型的方式，但由于受到施工条件等因素的影响，导致建模步骤较为复杂、繁琐、涉及的参数信息众多，在一定程度上影响了建模效率。因此本文将尝试立足矿洞实际情况，运用三维建模技术以有效解决这一现实问题。

1 测区概况

为有效研究矿洞三维建模技术与作业，本文将以万山汞矿18号至3号洞矿洞项目为例。该项目中矿洞总长在1.5公里左右，矿洞宽度大约为2m。而本测区则位于万山镇万山国家矿山公园入口附近，其地理坐标为东经109°12′，北纬27°32′，测区内拥有一个主矿洞和数条支洞。矿洞总共拥有三个采矿区，矿区面积分别约为9.87亩、7.63亩以及3.56亩。为了保障矿洞作业的规范性、有序性，且最终的测绘成果技术规格与质量水平均与用户实际需求相符合，需要对矿洞进行三维建模。

2 矿洞三维建模与作业分析

（1）前期准备工作。在此次进行矿洞三维建模当中，其最为重要的三大认为分别为数据采集、数据处理以及矿洞作业。为了能够在切实保障矿洞三维建模质量的基础上，尽可能提高建模效率，为此工作人员在此番矿洞三维建模中选择使用一台扫描效率可以达到每秒976000点数的三维激光扫描仪，用以负责完成各项关于矿洞的信息数据的采集工作。同时搭配使用Scene软件以及Geomagic Studio 2012模型处理软件负责快速、精准地完成对采集得到的各项矿洞信息数据的处理工作。此外，还需要各配置一台性能良好的打印机与五台计算机，用以为后续的矿洞作业的实施以及监督管理提供必要技术支撑。在正式使用上述仪器设备前，工作人员需要对所有设备仪器进行严格的质量检验，确保其能够与作业要求完全符合[1]。在将工程坐标系统作为此次矿洞三维建模项目的坐标系统，并严格依照《工程测量规范》等相关技术规范要求，有序开展矿洞三维建模。

（2）采集外业数据。在采集外业数据的过程当中，工作人员首先通过对所测区域进行全方面的实地勘查，确定扫描站点的具体数量并有效明确架设站点的最优位置，从而使得在实地进行数据采集时能够有最大效率架设基站。通过结合实地勘查结果可知，本项目最佳扫描站点距离为15m，在考虑转站方便的基础上，将能够保障扫描范围最大化的位置设置为站点架设位置。在依照相关规范要求完成站点的设置之后，需要工作人员采用三维激光扫描仪根据从内到外的顺序，依次按照编号进行扫描[2]。在将标靶球放置在制定位置以方便转站之后，设定扫描仪的各项关键参数，此后需要工作人员对扫描仪进行初始化处理，在完成上述操作后方可正式进行扫描。当完成所有站点的扫描工作之后，三维激光扫描仪所获取的所有信息数据将被统一默认存储在储存卡当中，此时工作人员通过依次移动标靶球，转站进行下一站扫描。

（3）处理内业数据。在进行内业数据处理的过程当中，工作人员首先需要将三维激光扫描仪当中自带的内存卡取出，并将存储在内存卡中的扫描结果复制到计算机当中。随后需要工作人员启动与扫描仪相配套的数据处理软件Scene，将所有需要进行分析处理的扫描数据依次导入其中。而考虑到此次矿洞三维建模当中获得的扫描数据众多，扫描站点共计98个，因此需要采用分组处理的方式对各站扫描数据进行拼接处理。

在依次加载每一站扫描结果之后，将对应视图打开，并软件识别的标靶球进行准确标记，直至完成所有的标靶球识别后再进行站点拼接。此时工作人员需要将Geomagic Studio 2012（64 bit）软件打开，进行格式为PTS的点云数据的依次加载，而后依照实际建模需求选择有效点云分布与数量。此后重新对不需要的点云数据进行整理，便可以进入封装成模的环节。但考虑到在此次矿洞三维建模当中，矿洞本身属于不规则图形，因而需要依照三角网模型构建矿洞三维模型，最后将客户所需模型数据统一设置成OBJ格式并进行有效保存即可。

3 矿洞三维建模与作业的质量评价管理

在完成所有矿洞三维建模与作业之后，需要严格依照《测绘产品质量验收规定》，由相关负责人与工作人员负责对整个项目的内业以及外业质量进行全面监督检查，以保障内外业质量与规定要求相符合。值得注意的是，在作业之前需要统一组织所有参加作业的人员进行系统的技术培训与安全教育，使其能够扎实掌握基本的操作技能，形成较高的安全意识[3]。在使用各项仪器设备之前可以统一对其进行严格的质量检验和校正处理，以有效保证测绘仪器设备本身的质量以及规格、性能等满足相关要求。而在作业期间，需要根据具体工序，分阶段依次检查审核测绘成果与建立的矿洞三维模型，以便可以及时发现其中存在的问题并进行有效纠正。当所有建模和作业工作完成之后，则由单位组织对此次矿洞三维建模工作进行单位级验收。

根据最终的验收结果显示，本项目中使用的三维扫描仪器等设备具有较高的精度，方案设计科学合理，所使用的测量方法精准无误，在充分利用仪器扫描数据和软件模型处理下所建立起的矿洞三维模型以及最终获得的成果数据具有较高的质量水平，与客户三维模型精度要求相吻合。

4 结语

本文通过以万山汞矿18号至3号洞矿洞项目为例，对矿洞内三维建模与作业展开分析研究，指出在严格依照相关标准要求下借助三维激光扫描仪以及专业的数据处理软件和模型处理软件下，所建立的矿洞三维模型满足各项用户需求。工作人员也通过依照具体控制流程，逐级、逐项地对该矿洞项目展开了评审工作，使得建模与测绘任务均实现了有序进行。而该三维建模技术在矿洞项目当中所表现出的针对性强、操作简便等特性也为其在其他矿洞项目中的广泛运用提供了重要的可行性。在实际操作时，工作人员也需要落实好各项仪器设备的检验与校准工作，确定正确的工程坐标系统，合理选择扫描站点的数量以及站点架设位置等，从而使得三维建模技术的应有效用能够得到充分发挥。