三维激光扫描技术在矿山测量中的应用

2021-12-01冷冰

世界有色金属 2021年9期

冷冰

（赤峰柴胡栏子黄金矿业有限公司，内蒙古赤峰 024039）

随着全球卫星定位系统的发展和应用，其相关的技术和产品也在不断的出现，该技术有着精准度高、效率高、测量速度快等诸多优点而深受各大测量人员的喜爱。而三维激光扫描技术就是其中之一，将其引入到矿山测量中后，不仅减少了矿山测量的劳动强度，也提升了矿山测量的精准度以及效率[1]。在一定程度上解决了矿山测量难度大、规模大、保存困难等问题。

1 三维激光扫描技术的介绍

三维激光扫描是一种新型的非接触式空间信息的测量技术，为空间三维信息的获取提供了全新的手段，也是现代信息化发展的重要基础，该项技术首次出现在20世纪80年代初，根据激光的特性，将其引用到测量装置中，可以在精度、速度和操作性方面展现出巨大的优势，这就引发了现代测量技术的革命。

三维激光扫描是可以迅速获取数据的测量技术，为矿山的测量提供了新的方向。随着激光、半导体、传感技术的发展，激光测量的应用在不断的扩大。

三维激光扫描技术的测量原理和传统的全站仪测量原理有相似之处，同样是以三角形为模型，利用三角函数对测量到的数据进行计算，最终得出测量点的三维坐标，不同的是三维激光扫描技术主要是有高精度的激光测距仪器和引导激光匀速旋转发射的棱镜组成[2]。利用三维激光扫描技术测量的时候，主要是通过发射激光，经过表面的镜子反射来得到数据，从两个测量点之间的距离配合水平角和垂直角的角度进行计算，最终得出测量点的三维空间坐标。

三维激光测量技术在克服传统测量的局限性同时，采取了非接触式的主动测量方式，能够直接获得非常高精度的三维数据，对任意物体扫描的时候，没有时间和空间的限制，能够快速进行信息的转换[3]。三维激光扫描技术拥有测量精确、扫描速度快、全数字等特征，最大程度的节约了成本和时间，使用方式也比传统的测量仪器简单，其输出的格式可以通过常规的工具软件连接。

2 矿山测量分析

利用三维激光扫描技术，是将事物进行扫描后获取其三维空间的数据，在进行重建事物的三维模型后，形成了这种扫描技术，通过无接触的目标测量，可以快速的实现自动实时获取事物三维空间的数据结果，相比于传统的测量技术，三维激光扫描技术能够有更高的准确度以及分辨度，这种技术主要是通过过得目标的观测数据进行分析，将一个个散点坐标连接，组成一个三维的信息，不用对实物进行处理就能够获得较为可靠的数据，其真实性也是比较高的。

三维激光扫描技术在矿山开采的过程中使用，能够实现精准化管理外，操作人员还能够利用网络对矿山的实时信息进行查询和分析，尤其是对矿山三维模型进行实时数据的查询，在不同的查询阶段对模型进行有效的分析，能够及时的发现目标物的变化及移动情况，有利于保护矿山中工作人员的安全。

在进行矿上开采之前，一定要做好前期的测量工作，准确的控制测量的精度和位置，三维激光扫描技术是全球定位系统的表现之一，目前是矿山测量中精度最高的新型测量技术之一，矿山测量在控制测量中一般都是全面的控制测量，要求从整体到局部，分级式的布局，测量采用水平和三角测量结合的方式，使用导线测量来进行GPS的有效定位[4]。而矿山信息系统的测量是完善整个测量系统的重要工作之一，这一系统是根据计算机技术对地理信息的储存、维护和管理统计，相对于不完善的传统矿山测量来说，更节约时间，工作量也得到了减轻。因此建立完整的信息数据库，能够帮助矿山企业的高效式发展。

3 三维激光扫描技术在矿山测量中的应用

首先是对于矿山中的地形和地质的测量。在矿山的开采过程中，其地质、地貌都非常复杂，这就给正常的测量工作带来了非常大的工作难度，而传统的全站仪测量又有诸多的限制，因此三维激光扫描技术应运而生，这种最新型的技术，最大程度的降低了工作人员的工作难度，同时给矿山工作节省了人力、物力、时间等，进而提高了矿山测量的工作质量和效率，也保障了矿山中工作人员的生命安全，降低了在矿山测量中的各种风险，一定程度上保障了矿上开采整个项目的安全性。

如果在矿山开采中，工作人员利用脉冲式的三维激光扫描仪器进行测量和采集数据，将这些采集到的数据传送到地面的终端设备，用点云数据的形式进行储存。利用终端的处理器进行实物数据转化成点云数据，消除杂音、视角对齐、数据处理等一系列的步骤进行三维方式的重建，将物体的影像呈现出来，在这一过程中三维激光扫描技术的充分使用，体现出现代化信息技术的发展水平，实现了现代化和信息化的转变及结合，不仅降低了矿上测量的成本，还提升了整个测量的精准度，进一步推动三维激光扫描技术的应用和发展。其中点云数据的处理是通过三维扫描仪器测量出的三维坐标为基础，转换到另一坐标中，利用了全球定位系统技术和三维激光扫描技术获得坐标数据之间的参数转换。当前的三维激光扫描技术中测量出来的距离和角度暂时有限，在地形复杂的矿山测量中需要多台三维激光扫描仪进行全方位的扫描，进而获得更完整的三维空间信息来配对点云数据。三维激光扫描技术的精准度非常高，但是由于人员操作的失误、不同测量点之间测量产生的一定误差、点云算法的误差等，会影响两个测量点之间的点云数据，也会出现一定的误差量，而这些误差量累计到一起，最后会导致矿上测量边缘处的三维坐标出现比较大的误差，这时就需要对多个点云数据进行详细的检查和核对，从而建立起高精度的控制网。利用这一控制网来划分小块区域，将每个区域的控制点数量继续划分，同时配合高精度的全站仪，在测量区域均匀分布多台，设立多个测量点，在控制区的测量点要均匀分布，这样才能够实现点云数据的高精确度。

其次是矿山的井下测量。矿山开采过程中，井下测量工作是比较难的，因为其具有强隐蔽性、不确定性，最重要的是危险性极大，因此在测量的过程中，很容易受到突发性事件的影响，这就会有极大的限制度，从而导致了测量数据和结果的误差性、有效性和真实性，而对于井下的测量工作和人员来说都得到了国家和相关机构的高度重视。因此，随着最新款的三维激光扫描技术的发展和应用，给矿山测量人员带来了极大的优势，进一步扬长避短，推动了矿上井下作业和测量工作的有效开展。

在矿山测量的过程中，利用三维激光扫描仪器来对现场进行实时的勘探、扫描来获得数据，同时与点云数据技术相配合，来进行数据的处理、拼接以及三维模型数据的建立，进一步实现对矿上开采过程中井下情况的实时测量，保证了井下数据的真实性，能够更可靠。在矿山作业的过程中，利用三维激光扫描技术来对井下进行勘探和测量，从信息的采集到结果的分析，三维激光扫描技术能够全面测量出井下的情况，同时保障了工作人员的安全，减少了施工过程中突发事故，同时保证了矿山开采的效益和效率。

最后是在矿山废弃物的测量。在矿山开采的过程中，会有大量的土壤被挖出，而被挖出的这些就会成为废弃物，在矿山开采完成后，累积的废弃物需要被运输和转移。因此，对于矿山废弃物的测量，利用三维激光扫描技术能够提前预计数量。在矿山废弃物测量中，三维激光扫描是以矿山或者土壤为测量目标，根据时间测量距离，从而完成对物体空间和位置的确定，利用专门的计算方式来测量废弃物的距离和多少，这主要包括数据的采集、点云数据的应用，数据的计算等。而矿山废弃物的测量采用的是地面三维激光扫描，将地面的信号反射数据为基础，脉冲信号为条件，建立起三维空间的坐标，结合三维立体的图像来实现实时转化，从而计算出废弃物的实际数量。通过这一结果，可以准确的计算出运输车辆的使用，节约了大量的时间和运输成本，同时降低了人力、财力的损耗，提高了整个工程的进度和效率，也推动了三维激光扫描技术的发展。