三维激光扫描仪在露天矿山测量中的应用探究

2020-12-08赵海往皮廷亮刘永富

世界有色金属 2020年4期

赵海往，皮廷亮，刘永富

（云南华联锌铟股份有限公司，云南文山 663701）

随着科技的不断发展，我国的矿产测绘设备及方法也愈发的先进，这无疑是为露天矿山的测量工作带来了新的契机。至于矿山测绘设备的具体用途则是在露天矿山的采挖及采挖后的土石填补均需以测量工作为基础，以此方能确保采挖过程的安全。而基于常规的仪器无论是在测量的精度或效率等各方面均无法满足现阶段的矿山测绘，故唯有积极引进先进的三维激光扫描仪，方能有效克服传统测量设备测量技术效率低、信息损失大的缺点[1]。与此同时，基于三维激光扫描仪同时还具有较强的拓展性，能可适应不同的空间形态，故能在保证测量的精准性同时生成采区三维数据模型，如此便能最大限度确保测绘人员的人身安全。

1 三维激光扫描仪的优点

因三维激光扫描仪是基于非接触式的方式来采集相关数据，故能可在获取物体表面采样点的三维坐标同时直接为CAD/3DMINE等软件使用。正是基于此特殊的数据获取方式，有效弥补了传统测绘点测量不足的问题。三维激光扫描仪还具备以下优点，如：非接触性，即指该技术在不接触目标表面的情况下直接获取其表面的三维坐标信息，由此便可解决测量危险区域柔性目标的技术难题，且所采集之数据亦能确保其真实性与可靠性；其次便是数据获取速度快，运用三维激光扫描技术可于每秒扫描数十万个采样点，故该技术在获取大面积目标的空间信息上尤为适用；再次则是实时、动态与主动性。三维激光扫描仪是一种无需外部光源亦可可进行测量的先进技术，而其对目标信息的测量可基于反射激光的回波信号，如此不受时间与空间约束的特征，使得该技术在自动化监控中亦能得以良好运用；除了以上优势外，三维激光扫描仪技术的特点还包含了穿透性、高密度、高精度以及数字化等。其中，穿透性是基于三维激光扫描仪本身的采样间距较小但却有着极高的采样密度，故即便是扫描不太浓密的植被仍可依靠部分激光达到目标表面，由此便可获取到包含目标表面等不同层面的几何信息。而其高密度与高精度是指该技术基于点阵与格网数据等数据采集方式，一来可确保采样点分布均匀，二来则因其所具备的全自动自适应聚焦功能，故能确保点云数据的均匀精度。至于数字化及自动化特征则是指该技术还具有数字化特征，即拥有较高的可靠度与自动化程度，以此便能为后续的数据处理、格式转化及数据输出提供便利。最后也是该技术最便利之处便是支持与外置数码相机的结合，且正是基于此功能，不仅使得三维激光扫描技术的适用范围得到了有效扩展，且所获地面信息也变得更为准确且完整。不仅如此，因使用外置数码相机，使得该技术在采集物体表面信息的同时还能获取相应的彩色信息，由此不仅扩展了三维激光扫描技术的应用范围，也提高了测量数据的准确性。

2 三维激光扫描仪在露天矿山测量中的应用分析

（1）建立地面控制网。针对露天矿山的测量，首要之务便是要基于地面控制网的建立来促使GPS与三维激光扫描仪之间的有机融合，如此方可利用其较高的精准度来对被测物体进行碎部测量，继而可最大限度提升测量的精准程度。当然，在此过程中，有关三维激光扫描仪的运用还需严格按照国家队矿山测量工作所提出的各项要求，以此在确保测量的全面性同时维护好现场工作人员的人身安全。

（2）建立矿山模型。在露天矿山的测量过程中，采用三维激光扫描技术来进行碎部测量，首要需履行之工作便是搜集碎部点坐标。通过对矿山实施激光扫描来获取矿山的相关数据，而后通过对所得数据的研究计算得出矿山的相关信息，如DEM数据、数字点云模型等。方便于快速完善矿区、工业场地、隧道三维模型。快速准确的测量矿区相关三维数据，能及时更新所需三维模型，便于指导生产建设。由此建立的矿山模型不仅能还原整个矿山的地质地貌，且能直观呈现出整座矿山之地形，从而提高露天采场剥离验方精度。

（3）数字线划图的获取。在借助三维激光扫描仪搜集相关数据并完成露天矿山模型的搭建后，相关人员还可基于三维激光扫描仪本身所具有的高精准度优势来拼接相应的数字线划图来为露天矿山的测量工作提供数据参考。除此之外，在露天矿山测量中运用三维激光扫描仪还能对矿山各项基础设施数据予以实时监测，包括水塔、办公楼、控制点等。而以上监测工作亦能充分体现三维激光扫描仪高效率、高精度之优势，继而最大限度确保测量安全。

（4）检测矿区及矿井设施沉降。因针对露天矿山的检测，应该将矿山安全性的衡量作为重要的标准。相关单位应当积极借助三维激光扫描仪去搜集矿山的点云数据，尤其是要对整个矿区的沉降情况予以全面摸排，以此方能为后续的开采安全提供有力保障。

（5）沉陷区测量。因露天矿山的开采过程可能会遇到此前因坑道开采而遗留下的采空区域，而对于采空区域，稍有施工不慎便可能依法地面沉陷，从而对工作人员的人身安全带来极大威胁。三维扫描仪的应用，避免了测量人员在野外作业时的安全风险。对此，为避免以上状况的发生，则可基于三维激光扫描仪技术来搜集点云数据，而后基于空间点云模型的搭建来测算出沉陷的区域面积，以此将方便施工队伍采取有效策略来解决矿山沉降问题，继而最大限度保障开采人员的生命安全。

（6）巷道检测。就井下作业而言，通常是基于三维激光扫描仪扫描，而后基于扫描仪之点云数据反馈来建立相应的巷道模型，如此便可实现对井下开采的管理、检测及定向测量，继而最大限度确保井下巷道真实性。

（7）横断面测量。因三维激光扫描仪在测量井下矿山的同时还能建立起相应的点云模型，以此不仅能为后续横断面划线图的生成提供依据，且将为安全部门提供重要之参考数据，方便其进行巷道变形检测及应力分析。