曲相屹，王 偉，孫曉東，閆力文

（山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司焦家金礦,山東 萊州 261441）

三維激光掃描技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用

曲相屹，王 偉，孫曉東，閆力文

（山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司焦家金礦,山東 萊州 261441）

隨著現(xiàn)代科技水平的發(fā)展，礦山測(cè)繪技術(shù)工作內(nèi)容越來越廣泛，傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)無(wú)法滿足目前測(cè)繪工作的需求，目前三維激光掃描是一種新型的以GPS技術(shù)為基礎(chǔ)的測(cè)繪技術(shù)，有方便、快捷、準(zhǔn)確和高精度等優(yōu)點(diǎn)，而且就有信息分辨率高、采樣率高等優(yōu)勢(shì)，在礦山行業(yè)中被廣泛采用，本文主要是從三維激光掃描技術(shù)角度分析在礦山數(shù)字化建設(shè)中的作用，利用云數(shù)據(jù)反應(yīng)礦山的全景，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后建立三維模型，為礦井下作業(yè)人員提供更加直觀的礦井圖，有利于對(duì)礦井進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。

三維激光掃描技術(shù);數(shù)字礦山;礦山測(cè)繪

0 引言

礦山測(cè)繪技術(shù)歷史悠久，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，礦山測(cè)繪及時(shí)已經(jīng)具有一定的機(jī)械化水平，但礦山傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)無(wú)法滿足目前測(cè)繪技術(shù)的需求，越來越多的新型測(cè)繪技術(shù)成為礦山測(cè)繪技術(shù)發(fā)展的前提，三位激光掃描技術(shù)成為眾多測(cè)繪技術(shù)中非常重要的一種；數(shù)字化礦山建設(shè)是實(shí)現(xiàn)企業(yè)高效高產(chǎn)和安全開采的有效途徑，三位激光掃描技術(shù)不僅可以建立完成的三維立體模型，還可以真實(shí)立體的展現(xiàn)礦山地質(zhì)地形，是一種全新的技術(shù)手段，有利于推進(jìn)礦山的發(fā)展。

1 三維激光掃描技術(shù)的原理

三維激光掃描儀主要是地面性的掃描儀，通過激光脈沖發(fā)射周期驅(qū)動(dòng)，由接收透鏡目標(biāo)接收后向反射信號(hào)產(chǎn)生接收信號(hào)，最后通過電腦軟件按照計(jì)算方法進(jìn)行原始數(shù)據(jù)處理，從計(jì)算中對(duì)物體進(jìn)行全方位掃描后進(jìn)行整理。該儀器包括軟件和硬件，軟件主要是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，硬件主要分為三維激光掃描儀、電源和支架，整個(gè)工程系統(tǒng)流程是方案的擬定和選擇后通過行業(yè)數(shù)據(jù)處理再進(jìn)行成果輸出。

2 礦山測(cè)繪的分析

三維激光掃描技術(shù)通過掃描實(shí)物獲取該物體的三維空間數(shù)據(jù)，在重建該物體的三維模型后成為三維激光掃描技術(shù)；該技術(shù)通過無(wú)接觸被測(cè)目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，可以快速動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)自動(dòng)化的獲取目標(biāo)的三維空間信息數(shù)據(jù)，比傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)在精準(zhǔn)度和高分辨率方面有很大的提升；三維激光掃描技術(shù)主要通過獲取測(cè)點(diǎn)信息，將散點(diǎn)的坐標(biāo)組合成三維信息，不需要對(duì)實(shí)物表面進(jìn)行處理，得到的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。三位激光掃描技術(shù)的使用不僅實(shí)現(xiàn)了礦山的精準(zhǔn)化管理，工作人員還可以通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)礦山的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行查詢，特別是對(duì)礦山三位模型進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)查詢，對(duì)不同時(shí)段的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)展目標(biāo)的結(jié)構(gòu)變化和位置移動(dòng)等情況，為礦山安全有指導(dǎo)作用。

礦山測(cè)量工作開展前期需要進(jìn)行前期控制測(cè)量，準(zhǔn)確控制測(cè)繪技術(shù)的精度和設(shè)置，三維激光掃描技術(shù)作為GPS技術(shù)的一種，是目前礦山測(cè)繪技術(shù)中高精度的新型測(cè)繪技術(shù)，礦山測(cè)量在控制測(cè)量中還包括礦山手機(jī)控制測(cè)量，要求在測(cè)量中從整體到局部、分級(jí)進(jìn)行布網(wǎng)的原則，測(cè)量控制點(diǎn)采用水準(zhǔn)測(cè)量和三角高程測(cè)量的方法，使用導(dǎo)線測(cè)量方法進(jìn)行全球定位系統(tǒng)定位。建立完善的礦山信息系統(tǒng)是測(cè)繪技術(shù)開展的重要工作之一，礦山信息系統(tǒng)是根據(jù)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)設(shè)立地理信息系統(tǒng)的存儲(chǔ)、維護(hù)、統(tǒng)計(jì)和管理，在傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)中因?yàn)樾畔⒓夹g(shù)不完善，使用技術(shù)方法，對(duì)測(cè)量周期和工作量的增加有很大的挑戰(zhàn)。因此需要建立完善的數(shù)據(jù)庫(kù)，有助于礦山企業(yè)日后的參考使用。

3 礦山測(cè)繪中三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

三位激光掃描儀技術(shù)在使用中快捷方便、動(dòng)態(tài)、數(shù)字化，測(cè)量數(shù)據(jù)有高精度的優(yōu)點(diǎn)，一起可以通過架設(shè)三腳架采集數(shù)據(jù)，行業(yè)數(shù)據(jù)處理可以快速進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并可以快速獲取物體的三維數(shù)據(jù)，減少外部設(shè)站需要的時(shí)間，建立立體模型；與傳統(tǒng)測(cè)量手段相比，三維激光掃描技術(shù)完善了測(cè)繪信息的表現(xiàn)形式，真實(shí)反映現(xiàn)實(shí)環(huán)境，對(duì)提高工作效率和降低勞動(dòng)力強(qiáng)度有很大的幫助，因此被企業(yè)廣泛應(yīng)用。

在礦區(qū)測(cè)量中，建立礦區(qū)地表的三維模型可以全面掃描整個(gè)礦區(qū)的地形地貌，并將掃描得到的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過軟件處理后方可得到該區(qū)域的三維實(shí)時(shí)立體模型，在對(duì)建立后的三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行信息編輯后，實(shí)現(xiàn)礦山的數(shù)字化管理；三維激光掃描技術(shù)獲取的云點(diǎn)信息較為完整，包括對(duì)巷道內(nèi)詳細(xì)信息內(nèi)容的描述，礦山地理信息及其他附屬設(shè)置的描述，通過軟件處理后詳細(xì)的反應(yīng)出巷道內(nèi)部的三維立體場(chǎng)景，方便井下作業(yè)人員了解巷道具體情況，了解人員活動(dòng)軌跡。

在進(jìn)行掃描前對(duì)巷道周邊環(huán)境進(jìn)行勘探，根據(jù)巷道特點(diǎn)確定三維激光測(cè)量?jī)x一起的架設(shè)位置，并安放在合理的位置；在掃描過程中針對(duì)不同掃描目標(biāo)要求，合理選擇掃描的密度參數(shù)，三維激光掃描儀獲取的數(shù)據(jù)可以與軟件兼容，進(jìn)行開采場(chǎng)地體積、斷面等信息數(shù)據(jù)的采集和檢核。在建立三維巷道模型的整個(gè)礦井下，可以配合井下人員的定位系統(tǒng)，實(shí)時(shí)掌握井下人員分布，對(duì)災(zāi)難應(yīng)急救援有一定的幫助。三維激光掃描技術(shù)作為高速測(cè)量全站儀系統(tǒng)，具有稷山小和受周邊環(huán)境營(yíng)銷較小的特點(diǎn)，主要采用主動(dòng)式激光掃描原理完成測(cè)量，沒完成驛站掃描儀速度非?？?，每個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理方式不同，三維激光掃描系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別實(shí)物，在礦山測(cè)量中發(fā)揮重要的作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

礦山空間三維信息的獲得與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)相比有較強(qiáng)的實(shí)用性，由于三維激光技術(shù)采用非接觸即可測(cè)量技術(shù)，特別是在地形復(fù)雜的山區(qū)可以全天候作業(yè)，更加實(shí)用于井下作業(yè)；三維激光測(cè)繪技術(shù)獲取的是三維信息，可以直觀立體的表現(xiàn)礦山的真是形態(tài)，用該技術(shù)測(cè)量的三維云點(diǎn)數(shù)據(jù)豐富全面，為數(shù)字礦山提供優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。礦山測(cè)繪技術(shù)中采用三維激光測(cè)繪技術(shù)可以充分發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，隨著三維激光技術(shù)的發(fā)展，成為測(cè)繪領(lǐng)域普遍使用的新型測(cè)繪技術(shù)，有很廣闊的未來發(fā)展空間。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.083