三维激光扫描仪在露天矿山测量中的应用

陈国飞，柏天铃

（云南华联锌铟股份有限公司，云南 文山 663701）

由于露天矿山的地质环境比较特殊，其生产过程也比较复杂，这也为其测量工作带来了一定的难度。随着科技的发展，我国矿产的测绘设备和方法也越来越先进，这也为露天矿山的测量工作带来了机遇。露天矿山在采挖与采挖后的土石填补的过程中，均需要及时对其进行测量，以便保证其采挖的安全[1]。但是常规仪器的测量精度和效率已经不能满足现阶段矿山的测绘工作，因此就需要引进较为先进的三维激光扫描仪，它是一种快速立体的测量设备，它克服了传统测量技术效率低、信息损失大等缺点，能够将实地环境信息转换成易于处理的数据，信息直观可视，方便使用，同时扩展性很强，能够在空间形态上也能保证其精确性，能够生产采区三维数字模型，进而在露天矿山的测量中被广泛应用。

1 三维激光扫描仪的工作原理

三维激光扫描仪主要由电源供应系统、控制器和扫描仪等构成，通过将CCD与仪器内部控制等系统相集成，进而发挥出激光测距与扫描的功能。三维激光扫描仪的操作原理在某种意义上与全站仪器的测量原理基本相同，都是通过搭建空间的三角模型获取被测量物体的相关数据，如激光测距的间隔距离和水平方向的距离，进而通过运算计算出较为精准的三维坐标[2]。在三维激光扫描仪中通过高精度的激光测距仪再加之激光的引导，将一定转速的发射棱镜保持其固定，进而通过激光测距仪发射激光，在被测物体表面产生反射，通过对观测点和测站点的距离计算，并结合水平方向和竖直方向的测量数据进行计算，最终得出高精度的三维空间坐标。

2 三维激光扫描仪在露天矿山测量中应用的意义

三维激光扫描仪具有高效率、高精准、较为直观具体等优点，因此，其广泛应用与露天矿山测量中。不仅大大节省了人力和物力，全面提升了开采效率，促进矿产企业的稳定、可持续发展[3]。同时，三维激光扫描仪打破了传统的扫描方法，是继GPS定位系统后的又一项革新技术，通过在被测物体上建立云点模型，获取相关数据，实现对被测区域的全面了解和掌握，对实现矿产企业的现代化具有重要的意义。

3 三维激光扫描仪在露天矿山测量中的应用分析

3.1 建立地面控制网

在露天矿山测量中，首先就需要建立地面控制网，通过将GPS与三维激光扫描仪器进行有机的融合，利用其较高的精准度对被测物体实施碎步测量，完成对地面控制网的创建。在这个过程中要特别注意其用到的三维激光扫描仪的精度需要严格按照国家对矿山测量的要求，符合实际露天矿山测量的需求。

3.2 建立矿山模型

在露天矿山测量过程中，应用三维激光扫描与进行的碎步测量，并收集碎步点的坐标，并对矿山进行激光扫描，进而获取矿山的云数据，并对所得的数据资料进行研究计算，得出矿区的DEM数据，数字点云模型，进而建立矿山模型，以实现对矿山地质地貌的整体规划，直观记录矿山的地形，为矿山的安全挖采提供了有效的数据资料。

3.3 数字线划图的获取

通过三维激光扫描仪对露天矿山搭建了相关的开采模型后，针对分辨率为1m的数字地面模型，就需要对其实现线划图。在这个过程中，相关的操作人员就需要利用三维激光扫描仪的高精准度的优势，利用操作将一些拼接模型生成数字线划图，进而为露天矿山的测量工作提供相关的数据参考[4]。同时，三维激光扫描仪是的应用，还能够有效监测矿山各种各样基础设施的数据，如控制点、办公楼、井架、水塔等。可见，在矿山测绘中应用三维激光扫描仪具有效率高、精度高等优点。

3.4 检测矿区及矿井设施沉降

在露天矿山的检测中，对露天工程设施的监测是其中的一个重要环节，也是衡量矿山是否安全的关键因素[5]。对矿山进行沉降监测具有重要的意义，是保证边坡和工作人员安全的重要手段，应用三维激光扫描仪，收集矿山的点云数据，通过对收集数据的长期积累和分析，能够有效掌握整个矿区沉降情况，进而为保证整个矿山开采的安全提供依据。

3.5 沉陷区测量

在露天矿山的开采过程中，某些会存在以前坑道开采后遗留下的采空区域，很容易使地面发生沉陷，应用三维激光扫描仪收集大量的点云数据，进而在沉陷区域内搭建空间点云模型，在点云模型中测算出沉陷的面积大小，掌握实际沉陷情况，采取合理有效的策略解决矿山的沉陷问题。

3.6 巷道检测

在矿井下面作业时，一般利用三维激光扫描仪对其进行扫描，在整个矿井下面的巷道内建立模型，对井下实行开采管理、巷道变形监测、井下的定向测量、井下的控制测量、主巷道的定向与测量，进而保证整个井下巷道的质量安全。

3.7 横断面测量

利用三维激光扫描仪对井下矿山的进行测量的同时，也在井下建立了点云模型，进而收集相关数据进行处理后生成巷道的横断面线划图，这将作为重要的参考数据供煤矿开采的相关安全部门进行保管和利用，进而实现对巷道变形监测及其应力进行分析。

4 总结

综上所述，随着我国科技和经济的不断发展与进步，对矿山的开采工作也引起了足够的重视。将三维激光扫描仪应用与矿山的测量中具有十分重要的意义，能够在较短时间内获取较为精准、客观、全面的扫描数据，大大节省了人力和物力，提高了开采效率。因此，在后期的矿山开采过程中，应加强对关键环节和重点要素的控制，进而提出科学合理的措施提高三维激光扫描仪在矿山测量中的应用。