矿山测绘中三维激光扫描技术的应用

葛文菊

（青海省第六地质勘查院，青海 格尔木 816000）

1 三维激光扫描技术的工作原理

3D激光扫描技术使用快速扫描激光来测量目标的坐标。测量过程是连续和包容的。借助该技术，可以快速获取空间测量目标信息，目标坐标信息量大，保证测量信息的准确性，有助于建立三对象的维度模型。目标测量，实现高模型精度。

激光测距原理、网络信息技术和数字仿真技术是实现测量和仿真目的的两大主要技术。①激光测距比手动更准确。采用连续或脉冲激光发射光，通过光反射原理实现精确测量。3D激光扫描误差小，可定位侧面目标。获取信息不仅可以有效避免人工测量带来的误差，还可以有效解决单点测量信息不足的问题。3D激光扫描技术创建的模型主要是真实地形，分辨率相对高的[1]。②借助激光测距，可以获得大量信息，在处理时可以利用网络信息技术和数字建模技术。网络设备可以将3D激光扫描设备获取的信息进行传输，然后将其组织起来，输入到数字仿真软件中，可以实现自动化仿真，大大提高仿真工作的效率[2]。

2 数据采集与处理

2.1 外业数据采集

在进行矿山测绘的过程中，所选用的测绘仪器为RIEGL(瑞格)VZ-2000型三维激光扫描仪，该仪器具有长达2050m的扫描距离，在扫描距离不断增加的同时，扫描的精度在随之降低。为此，进一步提高测绘的效率，使测绘的精度能够与大比例尺的要求相符合。测绘区域的勘察应在进行外业数据采集之前进行，对扫描仪和标靶有合理的定位，对测绘的实际面积测量，并按照测量的数据对测绘区域进行划分，以使测绘的精度可以得到有效的提升。在对扫描仪和标靶的位置进行选择时，应首先考虑扫描仪覆盖的范围，避免在扫描过程中，出现测绘盲区，同时对与测站的选择也要有充分的考虑，以提高外业数据的采集效率[3]。

2.2 点云数据配准与坐标转换

在对大比例尺地形进行绘制的过程中，使用3D激光扫描技术。在扫描过程中，扫描仪受到测绘区域有效距离、地形等条件的限制。完成测绘任务需要多次台站移动。在大地测量和制图区域内。在扫描的过程中，每一个测站的数据都是扫描仪所定位的坐标点。为此，为了实现各测点间坐标数据的统一，必须对独立站点的坐标进行统一。为了不对大地坐标转换的精度产生影响，在独立的坐标系统中，可以将每个站点的扫描云数据进行坐标统一，对点云数据进行配准，就是利用相邻两个站点间3个以上的点对标靶进行控制[4]。

2.3 信息提取与等高线生成

3D激光扫描技术在扫描和获取测绘区域的点云数据时，包括区域内的所有表面信息。也就是说，点云数据包含的不仅仅是矿山测量的地形信息。和制图区域，但还包括树木、植被、电线杆、房屋等。信息并包含大量噪音。因此，过滤和剔除非地形信息是提高地形测绘质量的重要手段。本文档选用RisCANPRO软件来过滤和删除非地形和表面数据。完成去除非地形和空间信息后，在RisCANPRO软件中，根据定义的等高线间隔手动提取测绘区域内的高程点数据，点击自动创建水平线。

3 三维激光扫描技术在矿山测绘中的应用

3.1 三维激光扫描技术的主要应用领域

3D扫描技术主要应用于以下三个领域的测绘：①建立未采区或已采区的3D模型，可直接利用山区点数据云，建立采区3D模型。领域。该过程相对简单。相比之下，创建一个已开采的矿区模型则更加困难。首先，必须扫描矿区。在这个3D扫描过程中，为了建立一个巷道模型，需要在矿井的巷道中放置测量设备。与构建外部3D模型相比，该过程相对较慢，效率较低。造成这种情况的主要原因是受外部测量条件的限制[5]。虽然效率较低，但它更安全，并确保在整个测量过程中不存在安全威胁。②矿区开挖量的计算主要用于露天开采条件。对于露天采矿场，采矿和非采矿之间存在很大差异。利用激光扫描技术，可以高效地确定区域特征。确定要挖掘的体积。③改善和保护矿区，但在开采过程中环境会受到一定程度的破坏，特别是针对采空区，存在有更大的危险性，同时会给相关的工作人员带来严重的威胁。在对采空区进行开采的过程中，传统的测绘技术无法发挥其实际的作用，同时，对人身安全也存在很大风险，但3D激光扫描技术可以有效解决这些问题，并提供准确的生产测量，并对采空区的实时监控工作提供技术支持，在很大程度上降低作业过程中的安全风险[6]。

3.2 三维激光扫描技术基本应用流程

3D激光扫描技术在矿山测绘中的应用分为以下三个环节：①利用3D激光扫描设备可以快速获取矿山的点、测面和地质信息。首先通过人工观测确定矿山整体地质环境，设置扫描设备的测绘参数，如探头、待开发矿山、实际作业范围等，以确保可以使用大地测量和制图信息反映有关矿山位置的信息。然后进行激光扫描，获取待测轴表面的3D点信息。②建立三维模型。利用测量得到的大量地质点信息和3D信息完成定位，利用GPS系统构建待测矿面3D图像，呈现矿山整体3D模型，有助于规划采矿作业的设计和设计，还可以帮助检验和热试验人员更好地了解矿山的地质规模和运行环境，从而有助于提高矿山开发效率和安全管理。③基于3D模型，丰富矿山信息，扩展数据系统，有效利用3D激光扫描技术优势，打造动态检测系统[7]。

3.3 矿区管理的三维立体化

3.3.1 矿区地表三维模型的建立

3D激光扫描技术的有效应用，不仅可以为创建矿区地表3D模型提供数据支持，还可以扫描施工现场，获取最准确的浊点信息，创建3D模型。可以通过专用软件确定各种模型的属性，可以为矿山管理提供准确的信息，从而促进管理的顺利进行。此外，索引目录还可以科学地用于已安装的模型中，方便需要查看模型的人员。仅需电机目录索引即可快速进入相应界面，提高矿控数字化水平。

3.3.2 直观展现矿区地下巷道情况

使用3D激光扫描技术可以收集矿井巷道上的所有数据，并准确扫描细微的变化。然后通过创建3D模型获取有关点云的特定信息，并准确反映道路上的真实情况。此外，还可实时获取隧道内实际工作情况，直观展示矿区地下隧道的现场情况。借助这项技术，可以扫描道路上的物体和设备，然后可以创建链接模型，以直观地了解特定情况。也可与通讯设备结合，确保对特定信息的及时理解和同化。基于车道模型，可以在三维空间中定位人员的具体位置，可以评估人员的实际进度，并可以在该模型中识别出合适的监控设备。一旦检测到问题，就会触发警报。可以自动下发，提供监控工作的可视化和监控过程[8]。

4 结语

三维激光扫描技术可以快速、精细地获得大型矿山地形图。所获得点的云数据包含表面上的所有信息。与传统的测绘技术相比，它显着提高了现场数据收集的效率，并转移了在内业点云数据的处理难度。迄今为止，在大规模采矿地形图的勘测和制图中，3D激光扫描技术尚未发展出成熟有效的实时处理数据的方法和高精度的地形图生成方法。必须使用其他软件来完成最终的地形图。因此，测绘领域的3D激光扫描技术应加强点数据处理等技术的研究工作，以促进该技术的进一步发展。