三维激光扫描技术在矿山测绘中的应用

李淑军

（河南省有色金属地质矿产局第七地质大队，河南 郑州 450002）

我国矿山测绘行业具有多年的发展历史，矿山测绘行业随着时代的发展，测绘技术也逐渐摆脱传统人力测绘方法，渐渐演变成机械自动化测绘。在众多机械自动化测绘技术中，三维激光扫描技术以GPS技术为基础，以三维重建技术为辅，成为一种新型的测绘技术。该测绘技术将搜集到的数据进行三维重建计算，创建模拟的数字测绘模型，是目前应用最为广泛的测绘技术。矿山测绘企业应用三维激光扫描技术，建立矿山数字化测绘系统，不仅可以生动形象建立矿山三维立体模型，还可以将矿山的地质信息，地理特征以及地形很好的展现出来。通过三维激光扫描技术对矿山进行高效的生产以及安全管理，三维激光扫描测绘技术对矿山测绘有着深远的影响。

1 三维激光扫描矿山测绘技术对金属矿测定应用

目前应用于矿山测绘中的主要测绘技术是三维激光扫描测绘技术，该技术主要是通过扫描仪对矿山进行测绘。扫描仪通过激光脉冲对矿山进行扫描，将激光脉冲设置定时发出驱动，周期性的驱动接收反射信号，从而获取各个测绘数据。然后将获取的数据进行处理、三维重建计算，将数据进行处理计算后可获取矿山各个方位的信息，通过软件将处理的数据进行处理，最后通过电脑软件建立矿山三维立体模型[1]。

1.1 数据收集与计算

三维激光扫描技术通过扫描仪对矿山进行全方位扫描，从而获取矿山在三维空间中的全部数据。三维激光扫描技术是非接触式测绘技术，可以在短时间内通过扫描仪对狂三进行自动测绘，扫描仪利用激光探测矿山，利用时差测距作为测绘主要技术。扫描仪发射激光脉冲，通过反射原理，激光脉冲接触物体会再次反射到扫描仪上，通过测量往返时间获取扫描仪与目标物体的距离，从而得到不同目标物表面到测绘仪的距离[2]。其测绘仪扫描的技术要求如表1所示。

表1 测绘仪扫描的技术要求

注表1中，执行范围必须在取值区间内，否则设备得到的是一个假的像，其中激光脉冲大约每3.3皮秒就走1毫米，正是由于激光脉冲的高速传播，使得扫描仪测量具有精度高的特性，目标物与扫描仪距离计算公式如下所示：

式中，d为扫描仪与目标物的距离，t为光波脉冲往返一次的时间。三维激光扫描测绘技术是非接触的测绘技术，通过三维扫描测绘技术能够在短时间内自动获取矿山三维空间的信息数据。三维激光扫描测绘技术与传统测绘技术相比，拥有精度高、准确度高、方便快捷等优点，具有采样率高、信息分辨率高等优势。

1.2 建立矿山三维立体模型

三维激光扫描技术通过扫描仪获取矿山在三维空间中各项数据，测量的数据是精确可靠的。

通过测量的数据建立矿山三维立体图，从而对矿山进行精细化管理。三维激光扫描测绘技术以GPS技术为主，从矿山整体到局部层层建立三维立体模型。建立模型计算过程如下：

式中，yc为目标物的高度，yt为目标物表面到扫描仪定位的距离，Td为激光从目标物到扫描仪所用的时间，R为目标物与扫描仪之间的距离。通过获取的数据应用电脑软件绘制矿山三维立体模型。

2 三维激光扫描矿山测绘技术对实地勘探的应用

三维激光扫描测绘技术最主要的优点是准确率高、方便快捷。三维激光扫描测绘技术通过假设三脚架的测量方法，对矿山各个数据进行采集，并且对所测量的各项数据进行简单高速处理，从而获得矿山的三维数据。通过三维激光扫描测绘技术可以在很大程度上缩短矿山外部建站时间，高效建立矿山从内到外的立体三维模型。与传统人力测绘相比，三维激光扫描技术很好的展现机械自动化的优势，对矿山的实际情况进行很好的展示，提升了矿山的测绘工作效率，大幅度降低了矿山工作人员的工作强度，三维激光扫描测绘技术成为了矿山测绘的最主要技术。

在矿山进行三维测绘的过程中，可以通过建立的三维模型对矿区的地表进行监测，通过建立的三维立体模型可以了解整个矿山的地貌地形，对矿山进行数字化管理。基于三维激光扫描测绘技术的优点，所测得的矿山数据信息都是非常完整的，该技术可以对矿山的详细地理信息进行描述。在利用三维激光扫描测绘技术对矿山进行扫描测绘前，首先要对矿山中的各个巷道以及巷道的周边环境进行人力勘探分析，三维激光扫描仪的放置位置只有在各个巷道的特点确定以后才能确定。在应用扫描仪对矿山进行扫描测绘时，要针对测绘的不同目标对扫描仪进行不同的设置，扫描仪的扫描密度根据各个巷道的不同情况设置也不同。通过建立的三维立体模型，可以很好的对矿山工作人员进行分区布置，大大减灾难应急小危险度，并且对灾难应急救援有很大的帮助。

3 结语

与传统人力测绘相比，三维激光扫描测绘技术拥有精度高、准确度高、方便快捷等优点，具有采样率高、信息分辨率高等优势，使用性能非常强。本文通过数据收集与计算、建立三维立体模型完成了三维扫描测绘技术的工作流程，矿山应用三维激光扫描技术可以很好的对矿山实际情况进行展示。通过三维激光扫描技术对矿山进行高效的生产以及安全管理，三维激光扫描测绘技术是最新型的测绘技术。