三维扫描新技术在地下矿山测量中的应用

刘志强

摘要：近几年随着科学技术的飞速发展，矿山测量技术方面也在进行着重大的技术革新，本文主要通过三维激光扫描仪的实际操作，论述三维激光掃描仪以及配套软件在矿山生产工程中发挥的作用。结果表明，三维激光扫描仪在矿山测量井下工程数字化过程中是可行的，而且效率精度极高，能够满足矿山井下工程施工指导及安全生产的要求。

关键词：数字矿山；矿山测量；三维激光扫描；点云；模型

矿山测量，在矿山建设和采矿过程中，为矿山的规划设计、勘探建设、生产和运营管理以及矿山报废等进行的测绘工作。矿山测量是矿山建设时期和生产时期的重要一环。由于矿山测量工作涉及地面和井下，不但要为矿山生产建设服务，也要为安全生产提供信息，以供领导对安全生产做出决策。矿山测量的任何疏忽或粗率都会影响生产或有可能导致严重事故发生。

数字矿山是国家战略资源安全保障体系的重要组成部分，是评价矿山资源生态环境的重要数据基础。数字矿山建设是资源可持续发展的重要基石，是化解高危行业风险的根本途径。数字矿山建设涵盖内容很多，而且在国内刚刚起步，发展前景广阔，对国家和企业都是十分重要的，数字矿山于2008年末被列为国家“863计划”。数字矿山，是对真实矿山整体及其相关现象的统一认识与数字化再现，是一个"硅质矿山"，是数字矿区一个重要组成部分。核心是在统一的时间坐标和空间框架下，科学合理地组织各类矿山信息，将海量异质的矿山信息资源进行全面、高效和有序的管理和整合。是建立在数字化、信息化、虚拟化、智能化、集成化基础上的，由计算机网络管理的管控一体化系统，它综合考虑生产、经营、管理、环境、资源、安全和效益等各种因素，使企业实现整体协调优化，在保障企业可持续发展的前提下，达到提高其整体效益、市场竞争力和适应能力的目的。

近几年测量技术在飞速的发展，特别是及全站仪之后的GPS测量技术，但是由于GPS测量的局限性，想要更好的服务于数字化地下矿山，高精度、高效率的矿山三维激光扫描技术应运而生，可以说三维激光扫描技术又将引起测量技术的又一次革命。三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，具有高效率、高精度的测量优势。三维测量技术不断发展并日渐成熟，目前三维扫描设备也逐渐商业化，本文所讲述的三维激光扫描仪通过发射激光来扫描被测物，以获取被测物体表面的三维坐标，其巨大优势就在于可以快速扫描被测物体，扫描不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据。这样一来可以高效地对真实世界进行三维建模和虚拟重现。

单人手持三维激光扫描仪行进至待测量区域，行进速度按照正常步行速度，完成一次闭合测回即可，本文中测量的地下矿山井巷工程总长度为1km，用时30分钟，在工作效率上远大于传统的测量方法。

数据提取和解压

待数据采集结束后，运用仪器自带或者任意高速的U盘插入设备的数据传输USB接口，扫描点云数据会自动传输至U盘中。整个数据包传输的速度非常快，用时2分钟。将U盘中点云数据压缩包复制至计算机并运用三维激光扫描仪专用解压软件GeoSLAM Hub对扫描点云数据进行解压即可，解压的时间相对比较长一点，基本接近扫描的用时。

点云数据处理

1、解压后的数据包括扫描巷道的点云以及行进路线等等，我们将扫描的点云数据导入数据处理软件CloudCompare进行点云数据查看、抽稀、降噪、剪切、移动至实际坐标以及漂移点的处理等等，最终得到地下矿山整体空间三维数据，篦子沟矿业公司井下巷道扫描后的点云数据拼接图（该拼接图点云数据未抽稀前4.3亿个），如图一所示：

总结

根据矿山应用实例，移动三维测量新技术可在较短的时间内完成矿山三维数字模型点云数据测量，极大提高测量效率；适合空间条件复杂的地下矿山，较传统测量技术具有更好的三维适应性；测量过程简便，可由单人完成全部测量任务；点云密度高；可完整、详实地反映地下空间现状；可直接与三维资源模拟软件及开采设计软件良好衔接，为数字化开采及管理提供详实三维数据；可用于验方测量，超、欠挖核对等；可为中深孔等采矿设计提供准确的实体模型；为采空区管理、空区体积计算及充填设计提供依据；安全方面可对受压严重的特殊巷道进行定期多次测量，通过模型对比准确测定岩石移动变化规律，为安全生产提供可靠的依据。

（作者单位：山西中条山集团篦子沟矿业有限公司）