三維激光掃描技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

劉夫曉

（山東金嶺礦業(yè)股份有限公司，山東 淄博 255081）

隨著礦山測(cè)量的范圍越來(lái)越廣泛，傳統(tǒng)的測(cè)量方法需要消耗較長(zhǎng)的時(shí)間，但得到的數(shù)據(jù)非常有限，在進(jìn)行對(duì)復(fù)雜地形的測(cè)量時(shí)，無(wú)法確保數(shù)據(jù)的精密度和準(zhǔn)確度，也不方便進(jìn)行相關(guān)的勘察工作，在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)逐漸落伍，取而代之的是三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用。三維激光掃描技術(shù)精密度和準(zhǔn)確度都非常高，且十分的高效，即使是進(jìn)行復(fù)雜的礦山測(cè)量也能夠得出非常有價(jià)值的數(shù)據(jù)，在礦山的開(kāi)采過(guò)程中具有非常重要的作用[1]。

1 三維激光掃描技術(shù)簡(jiǎn)介

三維激光掃描技術(shù)一般應(yīng)用于測(cè)繪領(lǐng)域，它的優(yōu)點(diǎn)包括準(zhǔn)確度和精密度高、采樣率高、分辨率高、便捷高效等。它的使用方法是對(duì)物體進(jìn)行三維掃描，形成精確的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)而全面立體的將所測(cè)的物體描繪出來(lái)，然后利用激光掃描對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣收集和分析，繪制出三維影像。三維激光掃描所使用的原理是激光測(cè)距原理，通過(guò)快速的激光掃描對(duì)于物體的整體進(jìn)行測(cè)量和各個(gè)點(diǎn)的定位，形成立體影像。三維激光掃描的儀器分為幾種不同的種類(lèi)，按照儀器載體，可以分為機(jī)載、手持或者車(chē)載等，按照用途可以分為近距離測(cè)量和遠(yuǎn)距離測(cè)量，按照測(cè)量原理，可以分為相位差式、三角測(cè)距式以及脈沖式等[2]。

2 三維激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的比較

三維激光掃描技術(shù)的工作流程是首先建立礦區(qū)測(cè)繪基礎(chǔ)控制網(wǎng)，然后進(jìn)行對(duì)開(kāi)采區(qū)的實(shí)地掃描獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，接著將不同控制點(diǎn)上獲得的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系中，自動(dòng)拼接掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而建立真實(shí)的三維影像，即被測(cè)量礦山的模型，最后根據(jù)模型計(jì)算開(kāi)采范圍內(nèi)的礦石體積以及相關(guān)的儲(chǔ)量數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的測(cè)量方法流程是首先建立礦山的基礎(chǔ)控制和基礎(chǔ)技術(shù)檔案，接著根據(jù)相關(guān)法律法規(guī)以及規(guī)章制度的要求進(jìn)行礦山的測(cè)量，同樣需要計(jì)算開(kāi)采區(qū)域的礦體體積。在測(cè)量之后還需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，然后進(jìn)行礦物資源的儲(chǔ)量計(jì)算和礦區(qū)圖件的制作，最后編制測(cè)量報(bào)告。傳統(tǒng)的測(cè)量方法與三維激光掃描技術(shù)相比，有以下的幾點(diǎn)不足之處。首先，很少能夠到達(dá)理想的立尺點(diǎn)。大多數(shù)的礦山形狀非常復(fù)雜，巖壁陡峭，道路縱橫曲折，工作人員無(wú)法到達(dá)理想的立尺點(diǎn)，如此一來(lái)，進(jìn)行礦體的計(jì)算就會(huì)存在著一定的誤差，不能夠達(dá)到精密度和準(zhǔn)確度高的要求。許多的礦山開(kāi)采工作需要進(jìn)行多次的測(cè)量核算或者補(bǔ)做外業(yè)工作才能夠完成，增加了該項(xiàng)工作的多種成本，降低了工作效率。同時(shí)由于數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確精密，會(huì)影響礦山儲(chǔ)量的記錄，導(dǎo)致對(duì)于礦山儲(chǔ)量的監(jiān)管工作不能夠順利地進(jìn)行。其次，傳統(tǒng)的測(cè)量方法效率太低。用傳統(tǒng)的測(cè)量方法對(duì)礦山進(jìn)行測(cè)量速度很慢，而礦山儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)監(jiān)管具有時(shí)效性，工作人員只有兩三個(gè)月的時(shí)間來(lái)進(jìn)行礦山儲(chǔ)量的測(cè)量，不能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成所有的測(cè)量工作，并且需要更多的工作人員來(lái)進(jìn)行該項(xiàng)工作，所需要的人力成本和時(shí)間成本比較大。此外，傳統(tǒng)的礦山測(cè)量方法存在著一定的安全隱患，礦山測(cè)量需要工作人員在陡峭的山體上找到目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，礦山的環(huán)境大多非常惡劣且艱險(xiǎn)，是一項(xiàng)非常危險(xiǎn)的工作。工作人員在進(jìn)行礦山測(cè)量時(shí)需要非常小心翼翼的攀爬標(biāo)記，避免危險(xiǎn)。最后常規(guī)的測(cè)量方法，只有數(shù)據(jù)，沒(méi)有與數(shù)據(jù)相匹配的礦山的三維圖像管理者，并不能夠?qū)ΦV山的實(shí)際情況進(jìn)行了解，只能通過(guò)數(shù)據(jù)分析來(lái)進(jìn)行判斷，對(duì)于開(kāi)采工作非常的不方便。而三維激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比較，具有安全性高、精密度和準(zhǔn)確度符合要求、效率高、方便快捷等優(yōu)點(diǎn)。因此，在礦山的開(kāi)采工作中，逐漸替代了常規(guī)的測(cè)量方法，成為了工作人員最常使用的礦山測(cè)量方法[3]。

3 三維激光掃描技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

3.1 地質(zhì)地形測(cè)量

礦山開(kāi)采工作必須要做好準(zhǔn)備工作，很多的礦山道路曲折，山路陡峭，因此必須要在開(kāi)采之前進(jìn)行相關(guān)的地質(zhì)與地形測(cè)量。傳統(tǒng)的測(cè)量方法不能夠進(jìn)行很好的測(cè)量，并且具有一定的危險(xiǎn)性。因此，工作人員運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)，對(duì)待開(kāi)采的礦山進(jìn)行地質(zhì)進(jìn)行的測(cè)量。在測(cè)量過(guò)程中，工作人員利用掃描儀對(duì)礦山進(jìn)行地質(zhì)，地形和地貌的測(cè)量?jī)x器得到相關(guān)的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)浇K端設(shè)備上，并且儲(chǔ)存這些數(shù)據(jù)，然后終端機(jī)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)化，形成三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再通過(guò)其他的操作構(gòu)建出三維影像模型。這樣工作人員就可以通過(guò)模型觀察到完整的礦山外形，在實(shí)際的開(kāi)采過(guò)程中，就能夠避開(kāi)陡峭的地方，大大提高開(kāi)采過(guò)程的安全性。三維激光掃描技術(shù)降低了在復(fù)雜地質(zhì)地形環(huán)境中的測(cè)量難度，有效的提升了測(cè)量水平和測(cè)量效率，同時(shí)保證了測(cè)量工作和后續(xù)開(kāi)采工作的安全性。同時(shí)，該項(xiàng)技術(shù)將地質(zhì)地形與模擬的數(shù)字化信息相互轉(zhuǎn)化，大大降低了測(cè)量成本，提升了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和精密度，在礦山開(kāi)采事業(yè)的積極發(fā)展中起到了重要的作用。

3.2 施工井下測(cè)量

施工井下環(huán)境復(fù)雜，測(cè)量工作執(zhí)行起來(lái)非常困難，井下作業(yè)具備很多的不確定性，安全系數(shù)非常低，并且井下較為隱蔽，無(wú)法得到非常準(zhǔn)確精密的測(cè)量數(shù)據(jù)，這時(shí)運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)就可以很好地解決這些問(wèn)題。該項(xiàng)技術(shù)可以讓井下的測(cè)量工作順利進(jìn)行，同時(shí)得到準(zhǔn)確度和精密度非常高的數(shù)據(jù)。

在運(yùn)用該技術(shù)時(shí)，主要進(jìn)行三項(xiàng)工作，分別是現(xiàn)場(chǎng)勘察、激光掃描和數(shù)據(jù)處理。將點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接起來(lái)建立模型，得到三維的井下影像，可以讓工作人員對(duì)井下的環(huán)境做到心中有數(shù)，避免了很多的安全隱患，有效防止了井下安全事故的發(fā)生，保障了施工人員的人身安全。同時(shí)可以通過(guò)模型得到測(cè)量數(shù)據(jù)，便于工作人員后續(xù)的工作展開(kāi)，提升礦山工程的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益[4]。

3.3 邊坡防治

礦山在開(kāi)采的過(guò)程中，時(shí)常會(huì)發(fā)生地震、洪澇、山體滑坡等危險(xiǎn)，這些危險(xiǎn)威脅著工作人員的生命安全，因此，如何預(yù)測(cè)到這些危險(xiǎn)以便采取預(yù)防措施是亟待解決的一件事。這一問(wèn)題是常規(guī)的測(cè)量方法所不能解決的，而三維激光掃描技術(shù)可以很好的完成。

三維激光掃描技術(shù)測(cè)定獲取監(jiān)測(cè)區(qū)域的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，與歷史數(shù)據(jù)的模型進(jìn)行對(duì)比，運(yùn)用灰色預(yù)測(cè)和時(shí)間序列分析等方法分析礦山區(qū)域的地質(zhì)情況，以評(píng)估滑坡的風(fēng)險(xiǎn)。該項(xiàng)技術(shù)測(cè)量速度快，精密度高，可以長(zhǎng)時(shí)間24小時(shí)監(jiān)測(cè)，在邊坡防治項(xiàng)目中可以很好地運(yùn)用，幫助工作人員盡可能地避開(kāi)潛在的安全隱患。

3.4 土方測(cè)量

在開(kāi)采礦山的過(guò)程中，會(huì)挖出很多的礦土，完成開(kāi)采項(xiàng)目之后，堆積的大量土方不能夠留在原地，需要對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)移，因此，施工方需要對(duì)土方進(jìn)行測(cè)量、評(píng)估土方的體積數(shù)量，以安排轉(zhuǎn)移的方法和時(shí)間。土方的體積大數(shù)量多且非常的重，同樣可以運(yùn)用三維家光掃描技術(shù)對(duì)土方的大小和重量進(jìn)行測(cè)量。

具體的測(cè)量方法是用地面的反射信號(hào)做基礎(chǔ)，同時(shí)儀器可以得到脈沖信號(hào)，將兩種信號(hào)結(jié)合后得到三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，同樣的對(duì)這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，建立三維立體模型，從而確定實(shí)際的土方數(shù)量。在得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)之后，施工方可以根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算需要多少車(chē)輛運(yùn)輸、運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間有多長(zhǎng)，這些土方需要運(yùn)輸?shù)绞裁吹胤健＿@樣有效地節(jié)省了運(yùn)輸時(shí)間和成本，提高了測(cè)量的效率[5]。同時(shí)，如果某些地區(qū)需要土方，可以按需求運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)的地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用，避免資源被浪費(fèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

礦山工程涉及到很多的地質(zhì)勘查項(xiàng)目，在前期需要進(jìn)行地質(zhì)地形的測(cè)量和施工井下測(cè)量，同時(shí)要進(jìn)行邊坡防治，預(yù)防山體滑坡，對(duì)工作人員造成傷害，結(jié)束之后堆積的土方也需要得到妥善的安置。這些問(wèn)題通過(guò)傳統(tǒng)的測(cè)量方法都不能夠得到完美的解決方案，只能運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)來(lái)解決。這項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)，有效的推動(dòng)了礦山工程的發(fā)展和進(jìn)步，促進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)土資源的開(kāi)發(fā)利用。