三维激光扫描仪在露天矿山测量中的应用

（中国黄金集团内蒙古矿业有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021400）

由于露天矿山生产比较特殊，其测量工作也有着一定的特点，在科技快速发展过程中，测绘方法也越来越先进，露天矿的随时采挖与采挖后土石填补，均需要第一时间进行测量，但是对常规仪器来说，精度与效率已经难以满足现阶段矿山测绘工作的要求。三维激光扫描仪是一种快速立体测量设备，能够保证空间形态测量的精确性，从而生成采区三维数字模型[1]。由于三维激光扫描仪测量速度快、精度高，并具备非接触与操作简单等特点，在露天矿山测量中应用日益广泛。

1 露天矿测量的主要任务

露天矿测量的主要任务是矿山储量地质测量。矿山储量测量是以矿山占用资源储量登记依据的矿产勘查报告或储量核算报告和上年度矿山储量年报为基础，运用矿山测量和矿山地质编录、矿山采样测试等技术手段，通过矿山地质资料整理，估算矿山本年度的开采量、损失量以及资源储量增减量，编制矿山储量年度报告，对矿山本年度保有资源储量进行年度结算。矿山储量的核心工作是矿体的测算精度问题和历年相关储量数据的一致性，连续性问题。

露天矿山地质测量的主要工作内容有：建立矿区基础控制网和矿山的基础技术档案；对开采区域按嵌《规范》[1]要求进行地质测量，计算开采区域(界内、界外)的矿体体积；地质测量的成果质量检验；储量计算和矿区图件制作；编制年报。

2 三维激光扫描仪的基本原理

三维激光扫描系统构成部分包括电源供应系统、控制器和扫描仪，通过对CCD与仪器内部控制等系统的集成，发挥出激光测距与激光扫描等功能。仪器中利用2个同步反射镜进行快速、有序的旋转，将激光脉冲依次扫描过被测区域，测量每个激光脉冲从发出经被测物体表面再返回仪器所经过的时间（或相位差）来计算，并对控制模块控制与测量每个脉冲激光角度进行扫描，将被测物体上激光点的三维计算出来。

3 三维激光扫描仪在露天矿山测量中的具体应用

本文以某露天矿山为例，该露天矿山分为南北两个矿段。目前，南矿段东西长约0.7Km，南北宽约0.6Km；北矿段东西与南北宽分别为2.2Km与1.9Km，且北矿段呈马蹄型。

测量流程：在本矿山测量中，采用的仪器有2500米左右的最大有效扫描距离，2.5m的最小扫描距离，最远距离内斜距测量精度为10mm左右，平均测量精度为5mm，扫描仪垂直与水平扫描范围分别为0°～80°和0°～360°；为了能够有效对比传统测量方式，同时借助于GPS-RTK技术来测量部分特征点，然后对两种测量结果进行对比。测量方案的制定，需要将测区实际踏勘情况给充分纳入考虑范围，对控制点合理选择，以便科学架设三维激光扫描仪，对各个测站的测量面合理划分；然后结合测量方案来采集点云数据，对仪器的水平、垂直方向扫描的分辨率合理设置，在采集数据的过程中，需要避免扫描仪被人员或者其他物体所遮挡[2]。

图1 DEM图

数据处理：在处理软件中导入野外作业采集到的点云数据，转化坐标系统，配准多测点云数据，之后拼接点云数据，以便对测区三维数据完整的获取，以便促使有等高线图、DEM图等生成（如图1）。对比RTK技术测量结果与三维激光扫描所测结果：在测量人员方面，RTK与三维激光扫描技术分别需要6人和2人；测量时间方面分别需要20小时和6小时；三维模型精度方面分别为不合格与良，采样点分布分别为不均与和均匀。通过对比发现，相较于传统测量技术，三维激光扫描测量的操作难度较小，工作量得到了减轻，并且能够均匀分布采样点，不需要花费较长的测量时间，三维地形测量的精度要求也能够有效满足，具有一系列的优势。

4 三维激光扫描仪在露天矿山测量中应用体会

（1）测量速度快。在天气与地质等因素影响下，露天矿山现场容易出现岩石崩塌现象，只有减少现场测量时间，才能保证仪器与测量人员的安全。三维激光扫描仪测量速度是8800点/秒，为同类扫描仪中采点速度较快的一款仪器，能够有效减少现场测量时间，同时获得完整、准确的现场数据。

（2）全视场角 360°×270°。山体现场状况极为复杂，适合测量仪器架设的位置不多，需要注重稳固与安全，便于测量人员顺利到达。因此，增大测量设备的视场角，可以避免对测量人员设站带来限制，同时可以保证数据内容收集的完整性。尤其是山体测绘中非常重要，对其他扫描产品来说，一般仅可以测量约40°的视场角的对象，在陡峭岩体处，需要多次移动设备与测量。三维扫描仪则能够自动实现360°×270°的全景测量，同时在仪器工作过程中可以测量到准确的数据。

（3）测量精度高。提升测量的精度，能够保证后续数据结果的准确性，对三维激光扫描仪来说，其测量精度表现在以下两点：一是仪器标称的精度，二是结果点云的质量。通过提升测量的精度与点云的质量，可以让后的处理得到准确的基础数据，让后处理顺利进行。使用三维激光扫描仪以后，可以得到均匀、细密的点云，噪点不多，让后续处理有良好的原始数据，并保证数据结果的准确性。

（4）恶劣环境下稳定工作。矿山动态监测过程中，工作现场海拔高，现场环境污染比较严重，而在如此恶劣环境内应用三维激光扫描仪，顺利完成了所有任务[3]。

（5）非接触测量，保障了安全。进行动态监测的时候，大多数区域极为危险，为防止震动造成山石崩落，提高测量人员安全，一些测量不能靠近进行，这凸显了非接触测量的重要性。三维激光扫描仪利用非接触的激光扫描，可以实现远程采集现场数据，在计算机内存储获得的数据，测量人员离开现场以后可以根据测量数据开展量测与结果处理。

5 结语

综上所述，在露天矿山测量工作中应用三维激光扫描仪，具有一系列的优势，更加的快捷、方便和精确，避免人为篡改数据，得到更加客观真实的储量数据。借助于形象直观的可视化数据分析模型，管理人员能够清楚的了解矿山状态与开采过程，能够动态监管矿山储量。同时，相比于传统露天矿山测量技术，三维激光扫描技术效果更加明显，能够为矿山提供安全、可靠、准确的信息，是现阶段露天矿山测量中最经济、最有效、最安全的技术方式，应广泛推广应用于露天矿山测量中，从而有效保障矿山作业的安全。在未来的发展中，3D激光扫描技术将会更加广泛的应用到露天矿测量中，相关的工作人员需要积累实践经验，不断完善和创新，提升露天矿测量质量与效率。

[1]钟涛.基于三维激光扫描测量技术的露天矿山变形监测研究[J].科技与创新，2015（15）：141—141.

[2]范正岳，徐茂文.基于三维激光扫描的露天矿山储量测量研究[J].矿山测量，2014（4）：10—11.

[3]杨华祥，张坤梅.三维激光扫描技术在露天矿测量中的应用[J].环球人文地理，2016（20）：147.