矿山测绘中三维激光扫描技术的应用

朱生海，石 灵，唐文明

(1. 青海省有色地质矿产勘查局七队，青海 西宁 810000； 2. 青海省有色地质矿产勘查局八队，青海 西宁 810000； 3. 西宁市测绘院，青海 西宁 810000)

矿山测绘中三维激光扫描技术的应用

朱生海1，石 灵2，唐文明3

(1. 青海省有色地质矿产勘查局七队，青海 西宁 810000； 2. 青海省有色地质矿产勘查局八队，青海 西宁 810000； 3. 西宁市测绘院，青海 西宁 810000)

随着测绘技术的快速发展，很多先进的测绘技术在矿山领域得到了广泛应用。尤其是GPS以及全站仪的应用，大大提升了矿山的测绘水平。然而这些常规的测绘技术也存在很多不足，都是进行单点测量，难以全面的对测量目标信息进行反应，存在一定的局限性，现在已经很难适应矿山测绘的发展要求。三维激光扫描技术的发展，为矿山测绘提供了很好的发展路径。作为一种新兴的技术，以其快速、高效、便捷等特点迅速的被应用于矿山测绘领域。该项技术以其独特的技术优势和特点，打破了常规测量，信息数据不全面的僵局，促使了矿山数字化进程的不断加快。针对矿山测绘领域该项技术的应用进行探讨，希望为相关工作提供参考。

矿山测绘；三维激光扫描；技术应用

0 前 言

科技的日新月异，助推了测量技术的快速发展，计算机技术以及现代通讯手段已经成为人们生产生活中非常重要的组成部分。伴随这些技术的快速发展，矿山测量手段也发生了翻天覆地的变化，各种测量技术层出不穷，在矿山测绘领域发挥着相当重要的作用，与过去的测量技术相比较，三维激光扫描技术以其快速、高精度、全方位等特点，迅速引领了矿山测绘，打破了过去一些测量技术存在的一些弊端和不足，获取的矿山数据信息更加方便与可靠，实现了矿山数据信息的直观展现[1]，便于相关人员对此开展研究工作。三维激光扫描与校准过的数字相机相匹配，同时完成现场场景的照片拍摄，并通过专用处理软件，自动将拍摄的照片像素加载到点云上，生成实际颜色的三维点云数据，可直观、精确地对矿区地形变化，矿体变化等进行监测。由于三维激光扫描技术的诸多优势，已经成为矿山测量工作的首选手段。以其独特的特点与优势，实现了矿山测量的高效化与精准化，促进矿山事业的不断前进。

1 工作原理与特点

1.1工作原理

基于快速激光扫描手段，能够对测量目标进行全方位，不间断的进行精准扫描，短时间内得到被测目标的三维坐标信息，对点位的空间信息实现了高速化与海量化测量，通过该项技术可以实现对物体三维影像模型的建立。不仅迅速高效，而且自动化程度非常高，可以进行不间断的实时动态测量，获得的数据信息非常精准。通过激光测距理论，实现了测量目标点云信息的真实数据，依照此理论，可以在短时间内以精准的三维模型进行直观的展现，便于相关研究工作的开展。该项技术的最大优势就是，能够对测量物体进行海量的点位信息获取，非常密集。弥补了过去测量技术单点测量的弊端，由此打开了测量技术由单点向面发展的革命，是传统测量技术基础上的更新与发展。该项技术的应用不断快速，而且非常精准，优势突出。实现了被测目标三维点云信息的快速获取，所以能够为数字地形模型提供可靠地数据，使其精度更高，分辨率更强[2]。传统的测量手段，如GPS以及全站仪等，虽然在获取三维信息方面发挥着非常重要的作用，但与三维激光扫描技术相比较，这些传统技术在获取信息数据的精度方面与之存在很大距离，难以满足如塌方地段以及采空区域需要进行高精度与高密度的需要，同时在获取这些信息的过程中还要面临非常大的安全风险。通过三维激光扫描技术，这些问题可以得到很好的解决，不仅快速方便，而且获取的信息非常全面、精准，无需对测量目标进行接触，就能够对数据信息进行获取。

1.2应用特点

1)效率高、用时短、自动化、测量距离远

采用三维激光扫描技术，能够在短时间进行建站，通过对两三个标靶坐标的扫描，就可以进行建站，之后相关工作则可在自动化下得以实现，用时非常短暂，与其他测绘技术相比，三维激光扫描技术具有较长的测量距离。而且整个测量阶段无需进行棱镜发射，不予测量目标进行接触。

2)互联网+、动态性、实时性

三维激光扫描技术采样点的实际速率较高，可在现代网络技术的支持下，将该技术与手机等移动终端进行对接，在手机上进行操作就可以完成相关的测绘工作。

3)数字化程度高、精度较高

三维激光扫描技术的点定位实际精确度较高，在实施阶段不用对测量物体进行专门的处理工作，不用与测量物体进行接触即可实现测量目标三位点云数据信息的获取。而且该项技术数字化程度非常高，并且具有很好的兼容特点。同时具备全面的技术软件，能够很好的进行矿山测绘工作。

4)可以全面的对信息进行采集

该项技术在进行危险区进行作业时，借助一些辅助手段(机器人、无人机等)，就可以实现对测量目标的精准扫描，获取全面的数据信息。该项技术集合了激光发射装置以及电路控制板与数码照相设备，同时还有滤光镜等，对被测目标的三维信息获取可在很短的时间内完成，并且获得的数据非常精准。在激光测距的作用下记录了测量过程中目标的各个不同点位，得出其实际的距离。同时将这些数据进行储存，在相关软件的帮助下，处理这些信息，生成点云数据，并直观的展现出来。

2 应用优势

通过三维激光扫描技术的应用，可以使矿山的管理工作更加精准，利用网络，就可以对相关的信息进行直观展现。便于开展矿山三维模型的研究工作，并且相关信息非常精准。利用该项技术进行不同时间范围内的扫描，可以为数据模型的建立提供支持，在对这些信息进行分析后，能够短时间内对目标区域的变化情况信息进行读取，掌握矿山的实际情况[3]。为矿山相关工作的开展提供有利的数据支撑。

3 矿山测绘过程中的具体应用

3.1矿区管理的三维立体化

3.1.1 建立矿区地表三维模型

通过该项技术，能够为建立矿区地表三维模型提供充足的数据信息，扫描区内的相关建筑设施，然后得到精准的点云信息，实现三维模型的建立。通过专门的软件对不同的模型进行相关的属性确定，为矿山管理提供准确的信息，便于工作的开展。同时，也可将索引目录运用到所建立的模型中，为需要进行查看的人员提供很好的便捷性，对目录索引进行点击，即可快速的进入相关的界面，从而提高了矿山的数字化程度。

3.1.2 直观展现矿区地下巷道情况

采用该项技术，能够对矿区巷道的全部数据进行收集，对于微小的变化也可实现精准的扫描。然后获知具体的点云数据，通过三维模型的建立，反应巷道的具体情况。同时，可以实时的对巷道内的实际工作情况予以掌握，达到矿区地下巷道情境的直观展现。而且通过该项技术，对矿区地下巷道相关的设施与设备进行扫描，建立相关的模型，了解其具体情况。而且可以将通讯设备与此进行接通，及时了解其具体信息。基于巷道模型，可以在立体的层面上对人员的具体位置进行定位，掌握其实际情况。并将相关的监测设备在此模型中进行确定，倘若出现问题时，可以进行相关的报警提示，实现监测的立体化与可视化。并且可以通过此模式，对工作人员进行相关的培训工作，使大家对安全知识有一个更加充分的了解，达到更好的培训水平。利用该项技术，使得矿山管理更加精准[4]。

3.2矿区Web点云的浏览和量算

矿山点云信息的获取都可以基于三维激光扫描技术得以实现，运用该项技术搭载的照相设备，能够很好的采集矿山的纹理，通过专门的软件设备，对这些数据进行处理，形成Web点云，反应矿山的实际情况。同时在网络技术的基础上通过三维形式对矿山的具体情况进行直观展现。Web点云不但能以三维数据形式将矿山情况进行展现，而且还兼有具体的实景颜色。通过相关设备即可对矿山的具体情况进行了解。同时其还有很好的量算作用，得出的结果非常适用。为矿山的精准化管理提供了很好的数据价值。

3.3精确统计矿区开挖体积

通过该项技术的应用，能够很好的掌握露天矿的开挖情况，需要定时的对目标区域开展扫描工作，在有关数据的支撑下，使不同时期的数据在模型上能够直观的进行展现。然后叠加在一起进行研究，可以发现某一阶段的变化特征，精确的计算开挖体积，为矿山开采作业提供有利参考。

3.4采空区数字化治理

由于矿山开采活动的不断破坏，产生了非常多的采空区，存在相当大的安全隐患。给工作人员的生产作业造成很大威胁。通过三维激光扫描技术，就可以全面精准的了解这些采空区的具体情况，为有效地治理措施的制定提供准确的数据支持。采用该项技术，不仅无需与测量目标进行接触，而且能够实现很好的测量，避免了常规测量手段进行接触测量的弊端，降低了安全风险。同时依照该项技术，可以对这些区域进行模型建立，这样对其具体情况会有更加深入的了解，掌握其实际变化情况，达到可视化监测，对矿山数字治理具有非常重要的作用。

4 结 语

随着现代科技水平的不断发展，矿山测绘也得到了很好的发展，过去单点的测量技术，已经难以适应现代化矿山测绘的发展要求。三维激光扫描技术的出现与发展，很好的补充了传统测量技术存在的不足，是基于GPS技术上的发展与革新。不仅具有高效快速等特点，而且测量数据非常精准，无需和测量物体进行直接接触。尤其是对一些高危的地区开展测量工作具有非常大的优势，没有光线限制，可以进行不间断的实施作业。自动化程度非常高，可以很好的对所测数据进行直观展现。

[1] 邱俊玲, 夏庆霖, 姚凌青, 等. 基于三维激光扫描技术的矿山地质建模与应用[J]. 中国地质大学学报, 2014(6): 1209-1216.

[2] 张姣, 郑粉莉, 温磊磊, 等. 利用三维激光扫描技术动态监测沟蚀发育过程的方法研究[J]. 水土保持通报, 2011(6): 89-94.

[3] 马利, 谢孔振, 白文斌, 等. 地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用[J]. 北京测绘, 2011(2): 48-51.

[4] 白立飞, 潘宝玉, 张兰. 三维激光扫描技术在数字矿山中的应用[J]. 山东国土资源, 2015(7): 96-98.

3DofLaserScanningTechnologyApplicationinMineSurveyingandMapping

ZHU Shenghai1, SHI Ling2, TANG Wenming3

(1.TheSevenTeamofQinghaiNonferrousGeologyandMineralExplorationBureau,Xining,Qinghai810000,China; 2.TheEightTeamofQinghaiNonferrousGeologyandMineralExplorationBureau,Xining,Qinghai810000,China; 3.XiningInstituteofSurveyingandMapping,Xining,Qinghai810000,China)

With rapid development of technology of surveying and mapping, a lot of advanced surveying and mapping technology has been widely used in the field of mining. Application of GPS and total station instrument in particular have greatly enhanced the level of mine surveying and mapping. These general surveying and mapping technology, however, show a lot of shortcomings, including single point measurement and much of the reaction to target information and some limitations. It is hard to adapt to the development of mine surveying and mapping requirements. The development of three-dimensional laser scanning technology for mine surveying and mapping have provided a good growth path. As a new technology, we think, with its fast and efficient and convenient features, it will find a rapid application in mining areas of surveying and mapping. The technology with its unique technical advantages and features will break the routine measurement in information not complete deadlock to contribute to the accelerating process of mine digitalization. This paper makes a discuss the application of this technology in the field of surveying and mapping, hoping to provide a reference.

Mine mapping; Three dimensional laser scanning; Technology application

2017-07-31

朱生海(1985-)，男，青海乐都人，测绘工程师，研究方向：测量新技术在矿山测量中的应用，手机：13997484338，E-mail：zhushenghai1985@126.com.

TD17

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.051