三維激光掃描技術(shù)在礦山測繪中的應(yīng)用

李淑軍

（河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊，河南 鄭州 450002）

我國礦山測繪行業(yè)具有多年的發(fā)展歷史，礦山測繪行業(yè)隨著時代的發(fā)展，測繪技術(shù)也逐漸擺脫傳統(tǒng)人力測繪方法，漸漸演變成機(jī)械自動化測繪。在眾多機(jī)械自動化測繪技術(shù)中，三維激光掃描技術(shù)以GPS技術(shù)為基礎(chǔ)，以三維重建技術(shù)為輔，成為一種新型的測繪技術(shù)。該測繪技術(shù)將搜集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建計算，創(chuàng)建模擬的數(shù)字測繪模型，是目前應(yīng)用最為廣泛的測繪技術(shù)。礦山測繪企業(yè)應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)，建立礦山數(shù)字化測繪系統(tǒng)，不僅可以生動形象建立礦山三維立體模型，還可以將礦山的地質(zhì)信息，地理特征以及地形很好的展現(xiàn)出來。通過三維激光掃描技術(shù)對礦山進(jìn)行高效的生產(chǎn)以及安全管理，三維激光掃描測繪技術(shù)對礦山測繪有著深遠(yuǎn)的影響。

1 三維激光掃描礦山測繪技術(shù)對金屬礦測定應(yīng)用

目前應(yīng)用于礦山測繪中的主要測繪技術(shù)是三維激光掃描測繪技術(shù)，該技術(shù)主要是通過掃描儀對礦山進(jìn)行測繪。掃描儀通過激光脈沖對礦山進(jìn)行掃描，將激光脈沖設(shè)置定時發(fā)出驅(qū)動，周期性的驅(qū)動接收反射信號，從而獲取各個測繪數(shù)據(jù)。然后將獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、三維重建計算，將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計算后可獲取礦山各個方位的信息，通過軟件將處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后通過電腦軟件建立礦山三維立體模型[1]。

1.1 數(shù)據(jù)收集與計算

三維激光掃描技術(shù)通過掃描儀對礦山進(jìn)行全方位掃描，從而獲取礦山在三維空間中的全部數(shù)據(jù)。三維激光掃描技術(shù)是非接觸式測繪技術(shù)，可以在短時間內(nèi)通過掃描儀對狂三進(jìn)行自動測繪，掃描儀利用激光探測礦山，利用時差測距作為測繪主要技術(shù)。掃描儀發(fā)射激光脈沖，通過反射原理，激光脈沖接觸物體會再次反射到掃描儀上，通過測量往返時間獲取掃描儀與目標(biāo)物體的距離，從而得到不同目標(biāo)物表面到測繪儀的距離[2]。其測繪儀掃描的技術(shù)要求如表1所示。

表1 測繪儀掃描的技術(shù)要求

注表1中，執(zhí)行范圍必須在取值區(qū)間內(nèi)，否則設(shè)備得到的是一個假的像，其中激光脈沖大約每3.3皮秒就走1毫米，正是由于激光脈沖的高速傳播，使得掃描儀測量具有精度高的特性，目標(biāo)物與掃描儀距離計算公式如下所示：

式中，d為掃描儀與目標(biāo)物的距離，t為光波脈沖往返一次的時間。三維激光掃描測繪技術(shù)是非接觸的測繪技術(shù)，通過三維掃描測繪技術(shù)能夠在短時間內(nèi)自動獲取礦山三維空間的信息數(shù)據(jù)。三維激光掃描測繪技術(shù)與傳統(tǒng)測繪技術(shù)相比，擁有精度高、準(zhǔn)確度高、方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，具有采樣率高、信息分辨率高等優(yōu)勢。

1.2 建立礦山三維立體模型

三維激光掃描技術(shù)通過掃描儀獲取礦山在三維空間中各項數(shù)據(jù)，測量的數(shù)據(jù)是精確可靠的。

通過測量的數(shù)據(jù)建立礦山三維立體圖，從而對礦山進(jìn)行精細(xì)化管理。三維激光掃描測繪技術(shù)以GPS技術(shù)為主，從礦山整體到局部層層建立三維立體模型。建立模型計算過程如下：

式中，yc為目標(biāo)物的高度，yt為目標(biāo)物表面到掃描儀定位的距離，Td為激光從目標(biāo)物到掃描儀所用的時間，R為目標(biāo)物與掃描儀之間的距離。通過獲取的數(shù)據(jù)應(yīng)用電腦軟件繪制礦山三維立體模型。

2 三維激光掃描礦山測繪技術(shù)對實地勘探的應(yīng)用

三維激光掃描測繪技術(shù)最主要的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確率高、方便快捷。三維激光掃描測繪技術(shù)通過假設(shè)三腳架的測量方法，對礦山各個數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并且對所測量的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單高速處理，從而獲得礦山的三維數(shù)據(jù)。通過三維激光掃描測繪技術(shù)可以在很大程度上縮短礦山外部建站時間，高效建立礦山從內(nèi)到外的立體三維模型。與傳統(tǒng)人力測繪相比，三維激光掃描技術(shù)很好的展現(xiàn)機(jī)械自動化的優(yōu)勢，對礦山的實際情況進(jìn)行很好的展示，提升了礦山的測繪工作效率，大幅度降低了礦山工作人員的工作強(qiáng)度，三維激光掃描測繪技術(shù)成為了礦山測繪的最主要技術(shù)。

在礦山進(jìn)行三維測繪的過程中，可以通過建立的三維模型對礦區(qū)的地表進(jìn)行監(jiān)測，通過建立的三維立體模型可以了解整個礦山的地貌地形，對礦山進(jìn)行數(shù)字化管理?；谌S激光掃描測繪技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，所測得的礦山數(shù)據(jù)信息都是非常完整的，該技術(shù)可以對礦山的詳細(xì)地理信息進(jìn)行描述。在利用三維激光掃描測繪技術(shù)對礦山進(jìn)行掃描測繪前，首先要對礦山中的各個巷道以及巷道的周邊環(huán)境進(jìn)行人力勘探分析，三維激光掃描儀的放置位置只有在各個巷道的特點(diǎn)確定以后才能確定。在應(yīng)用掃描儀對礦山進(jìn)行掃描測繪時，要針對測繪的不同目標(biāo)對掃描儀進(jìn)行不同的設(shè)置，掃描儀的掃描密度根據(jù)各個巷道的不同情況設(shè)置也不同。通過建立的三維立體模型，可以很好的對礦山工作人員進(jìn)行分區(qū)布置，大大減災(zāi)難應(yīng)急小危險度，并且對災(zāi)難應(yīng)急救援有很大的幫助。

3 結(jié)語

與傳統(tǒng)人力測繪相比，三維激光掃描測繪技術(shù)擁有精度高、準(zhǔn)確度高、方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，具有采樣率高、信息分辨率高等優(yōu)勢，使用性能非常強(qiáng)。本文通過數(shù)據(jù)收集與計算、建立三維立體模型完成了三維掃描測繪技術(shù)的工作流程，礦山應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)可以很好的對礦山實際情況進(jìn)行展示。通過三維激光掃描技術(shù)對礦山進(jìn)行高效的生產(chǎn)以及安全管理，三維激光掃描測繪技術(shù)是最新型的測繪技術(shù)。