三维扫描技术在矿山储量动态监测中的应用

戴保艳

（云南磷化集团有限公司，云南 昆明 650000）

对于矿山储量的动态监测过程，一般利用的外业测量，是利用全站仪收集信息，内业测量则是SD法，根据最佳结构曲线断面积分储量原理，来考量矿山储量。利用全站仪等设备仪器对矿山储量进行检测，一般要按点依次采集，测量内容多，效率慢，内业分析与图形编辑任务重，难以便捷高效的完成矿产资源储量测量工作。三维激光扫描技术的更新推广，能够解决以往测量方式的缺陷，实现矿山储量的智能化动态监测。

1 三维激光扫描技术的应用

三维激光扫描仪属于一种先进的测绘仪器，能够高效准确的收集到测量对象的三维影像信息，测绘人员能够一改以往对测量数据的处理方法，投入到全新的数据库分析和科研阶段。

推广三维激光扫描技术，能够在一定程度上提高矿山储量动态监测的效果和高度精确性。结合全站仪进行测量，易于操作，能够对多个点位同步测量，得出矿山资源的实际坐标和高程情况，明确矿堆的基准面与边界，再利用处理软件采取深入的探究，对比各个点位信息，得出更科学准确的量算数据。

三维激光扫描仪在矿业领域有了大范围的推广应用，对于矿床监测分析，一般对矿体取样提供数据参考，对矿体矿床进行质量监测，对矿体结构实施勘测分析；可高效收集矿山资源信息，描绘云图，完成高效控制；可对巷道实施三维测量，对恢复变形监测有着重要的参考依据。

2 矿山扫描及精度分析

这次试验目标是广州从化某矿山，该矿山属于露天开采台阶式，岩石分布花岗岩居多，目前开采范围在15＊104m2。

2.1 外业扫描

（1）扫描仪器与数据处理软件。此次试验利用的瑞士徕卡公司研制的三维激光扫描仪C10设备，扫描速率能满足50 000 点/ S，采集过程中，其点位密度分为常规、高密度、超密度三种，能符合各项目需求；模型表面精度、标靶精度能实现2mm，扫描距离在300m。对于接下来的云数据分析，则是利用徕卡 C10 三维激光扫描仪中自带的 Cyclone 功能进行分析。

（2）扫描方法与作业流程。在此次试验中，我们的三维扫描根据标靶进行信息采集工作，标靶一般规格是3英寸圆形标靶。通过分析矿区所属区域和施工环境，这次扫描一共由4个测站来实现，各测站保持间距200m，在外业扫描过程中，将3个标靶确定在通视效果好的地带，作为任意选择测站的公共视点。

2.2 数据处理

（1）点云数据拼接。对外业扫描过程中，获取的信息，这里我们利用IGGIII 方案的加权总体最小二乘法中的点云球面拟合计算办法，并根据三维激光扫描仪中自带的Cyclone软件中标靶拼接，来实现点云信息拼接操作，在不同的扫描测站中选择第一站为基准站，其他测站都是以其为依据拼接旋转至基准测站上。

（2）加权总体最小二乘基本原理。加权总体最小二乘球面拟合的 EIV 模型为：

该式子中，Y 属于含偶然误差 eY的n × 1维观测向量，A 为含偶然误差 EA 的 n × 4 维系数矩阵，X 为待求球面参数:

式中，e舍去了( v2 ，v2 ，v2 ) ( i = 1，2，…，n) 等极小的二次项。

（3）权函数选取。因点云数据极易受外界环境干扰，粗差点多而杂，考虑到IGGIII方案对测绘有较好的效果，这篇文章我们利用 IG-GIII 方案对点云数据迭代解算时出现的拟合权阵（ A行向量矩阵初始权阵PX 、观测向量 Y 初始权阵 PY ，且有 P = Pω，P 为修正后权值，ω 为权因子）加以调整，权因子计算公式是：

式子中，Vi 属于残差，σ 是中误差，k0、k1是用以调整权因子的阈值，结合中误差分布概率理论来分析，通常包括: k0= 1.0 ～1.5，k1 = 2.5～3.0。我们假设 Vi = di ，di 为点 M( xi，yi，zi) 到拟合模型表面的距离 ，按照 IGGIII 方案对测绘工作产生的影响来看，这里假设 k0、k1分别取值1.5、2.5，也就是表示当观测值 Vi＜σ 时，则可表明该点不存在误差，其权因子 ωi 不变，当 Vi＞ 2． 5σ。时，则可认为该观测值为粗差，要忽略。

2.3 应用效果评价

三维激光扫描能实现的精确度高达10mm，能够满足相关精度的实际要求。能够简化矿山储量动态监测的环节，减少人力物力的投入，提高工作效率，能实现预期要求。

3 结论

（1）目前三维激光扫描技术在矿山储量动态测量方面应用较广泛，对三维信息的采集效率和建模都有极大优势，然而在实际应用上还有很多不足，影响着矿山测绘的进一步发展，通常有如下几点我们要注意：①由于激光脉冲的特性，穿透性较弱，仅能采集显现出来的反射信号，对于有所遮挡的物体；②点云数据量大，对计算机有严格的要求；③在利用标靶进行拼接时，因避免受到屏幕分辨率及室外强光的干扰，标靶应选择在测站100m内。

（2）我们在对矿山信息采集、数据处理分析、体积计算机转换到其它图形处理软件等方面，充分发挥了三维激光扫描仪的优势，论述了三维激光扫描计算对矿山测绘产生的作用，优化了矿产资源动态监测方式，也提高了三维激光扫描技术的使用频率。