三维激光扫描技术在地表测量中的应用

2020-02-25徐志鹏王晓亮

世界有色金属 2020年22期

徐志鹏，王晓亮

（山东黄金集团蓬莱矿业有限公司，山东烟台 265615）

三维激光扫描技术是三维激光扫描技术的基础，从地形测绘、道路测量等方面的应用，三维激光扫描技术通过三维数据坐标实现全面扫描，同时满足地质测绘和工程测绘对数据精准度高的要求。但与传统测绘方式相比，仍然存在一定的弊端，传统测绘技术误差大、准确度低的问题，难以满足测绘工作的需求，而三维激光扫描技术以全球定位系统为基础，具有快捷、准确度高的特点，为矿山测绘提供更高的分辨率和准确率。本文从三维激光扫描技术在地面测绘中的应用，所产生的实际效果进行分析，总结在应用过程中具体情况，为后续开采工作提供参考。

1 三维激光扫描技术的概述

1.1 三维激光扫描技术原理

三维激光扫描技术是现在矿山开采的新技术，三维激光扫描技术开始出现以GPS 为基础，利用高速激光扫描技术可以为测量对象提供准确的测量数据和三维坐标数据，为测量对象提供准确的三维影像模型，该扫描技术不仅测量迅速，准确度高，可以实时动态监控被测对象的成像数据，实现全自动化测量，是测量技术的核心技术。三维测绘技术与现在信息技术相结合，被广泛应用于矿山测量中，针对被测对象实际区域建立相应的信息数据库，三维扫描测绘技术充分掌握被测去油的三维地址数据，科学全面的指导矿山进行开采和作业。

1.2 三维激光扫描技术优势

利用三维激光扫码技术测量被测物体过程中，根据扫描提供的数据建立三维几何模型，不同的数据和不同的被测对象，获取的数据也存在一定的差异，但三维激光扫码技术采用的点云数据包括采集数据和预处理，实现几何模型的可视化操作；从建立模型到三维模型需要对该技术充分考虑，充分分析被测对象的建模需求，选择合适的策略选择相关数据。

三维激光扫描技术分为点云、建模和空间点三种技术层次，突破传统扫描技术的逐点测量方法，实现点到面的全面监测，将少量二位测绘数据集合为全面的三维测绘数据信息网，进而建立被测对象的三维点模型；三维激光扫描技术与光学扫描不同，它采用激光单色性能良好、方向性高的技术，特别是三维激光扫描技术的高时效性和高普适性，在矿山测绘中取得良好的效果。

三维激光扫描技术的高时效性要求对被测对象的扫描一秒钟内完成，大大节省了测绘人员的工作时长和效率；三维激光扫描技术采用的红外激光，不受外界光线影像，即使夜晚也能清晰的完成扫描工作，且对周边环境不会造成任何化学污染。三维激光扫描技术可以更加准确的完成对测绘目标的数据分析，不受外界环境因素影响。

2 三维激光扫描技术的应用

2.1 三维激光扫描技术应用领域

三维激光扫描技术是当前测量领域最先进的技术，克服了传统测绘技术速率低下和应用范围狭窄的弊端，明显提升测量数据的准确度，随着三维激光扫描技术与新时代的融合，三维激光扫描技术有效分析影像信息与实际空间信息的整体数据，完善自身的数据缺陷，现阶段的三维激光扫描已取得显著的成果，特别在针对不规则图形的测量中，与传统测量方式相比，三维激光扫描技术更好的时间点、线和面三方面的数据整理，节省资源减少浪费，提高企业作业的准确度，保障工程安全进行。

三维激光扫描技术的高速度、应用范围广且操作简便，是工程项目建设的安全保障。

2.2 三维激光扫描技术矿山应用

矿山测绘测量技术中，三维激光扫描技术不断发展，在工程建设和矿山采空区监测等方面广泛应用，三维激光扫描技术在采空区地面塌陷方面表现明显，提高塌陷区检测的可视化和数据化，有效指导矿山的作业，越来越多的应用于矿山测量中。

3 三维激光扫描技术在地表测绘中的应用

三维激光扫描技术的应用，传统工程检测无法满足现行的技术要求，以工程测量为例，工程测量需要专业作业人员熟练掌握周围被监测对象的准确性，重点分析各个地段的地质工程点，不同区域提供不同的地貌规则方案，并提供合理的路线支持。而三维激光扫描技术无需人工作业，利用三维坐标数据实现建筑工程的高准确度。

利用三维激光扫描技术在治理采空区塌陷区取得显著效果，利用数字化大比例地形图，对矿区采空区和塌陷区进行实时监测工作并建立数字模型，将采空区塌陷区的塌陷问题以数据形式呈现。三维激光扫描技术构建的模型，参照点少，全面详细的分析采空区的数据和实际情况，全面获取被测区域的位置数据，更好的确保站点及云数据的准确度，建立不同模型的地形图，为后期空间数据和工程应用提供数据支撑。

三维激光扫描技术在地质检测和土方检测中应用广泛，一般地质测绘数据由外业数据采集、初数据处理和地面物体绘制等方面组成，地质测绘数据的外业数据采集是通过三维激光扫描技术采集被测区域的外业数据，外业测绘是通过实地考察和测量收集相关数据，为施工需要的控制、放样和竣工验收等的测量工作，与传统测图工作不同，外业数据采集是按照设计图纸将建筑物的位置、形状及高程在地面上标出来，后期利用点线施工，实现对被测区域实际情况的了解，为保障外业数据的准确性，选取的勘测地区站点数量分布勺，有效控制外业的数据采集容量，减少资源的浪费，并利用三维激光扫描技术中的点云设计，获取附近类似地形的相关信息，在采样结果的处理过程中，按照设计的比例处理，避免出现误差。

初数据处理过程是将外业数据收集完毕后通过筛选排查储存的数据，利用坐标变换和点云匹配等方式进行数据加工，采集站点不同所收集的数据匹配方式不同，另外需要做好定量加成分析，单位信息配对流程通过空间定位系统将不同的扫描点获取的信息与点云地质信息进行匹配，从而获取准确的单位地质信息。三维激光扫描技术无法表现单位的具体地质面貌，外业数据监测扫描密度较大，绘制地形过程中需要排除相关地形的干扰，避免因密度过大出现的不均匀分布，因此需要将该区域的勘测标准比例处理后再将数据导入成像系统中，如图1 所示。

图1 外业测绘数据导入成像系统图

4 三维激光扫描技术的主要技术要点

三维激光扫描技术获取目标的空间信息后，测量构成达到90 万点/s 的激光发射速度，获取物体的空间三维数据可实现三维信息的动态测定；该技术在测量过程中具有主动和动态的特点，还具有实时性的效果，不受外部光照和气压的影响，可动态实时性的测量实体目标。三维激光扫描技术利用激光发射信号，接收测量物体的返回信号，以此获取测量目标的表面信息数据，测量过程中无需人体测量直接接触，故该技术同样适用于矿山采空区或塌陷区；三维激光扫描技术的激光透光性，即使在地表植被较多的区域，也可以通过点云数据获取，从而构建实体模型。