三维激光扫描测绘技术在矿山测绘项目施工进度监测中的应用

胡 静

（甘肃省有色金属地质勘查局兰州矿产勘查院，甘肃 兰州 730046）

矿山测绘项目施工进度监测是矿山测绘项目中一项重要工作内容，监测结果是否准确将会对矿山测绘项目施工效率具有重要影响，在传统的施工进度监测中由于施工进度数据采集质量较差，存在一定的误差，导致矿山测绘项目施工进度监测结果与实际情况存在较大的残差，传统监测方法已经无法满足矿山测绘项目施工进度监测需求，为此提出三维激光扫描测绘技术在矿山测绘项目施工进度监测中的应用。三维激光扫描测绘技术又叫高清晰测量技术,该技术是基于激光测距原理，利用激光得到目标物体表面点的三维坐标数据，其属于一种数据采集技术[1]。近年来，三维激光扫描测绘技术得到了的发展，三维激光扫描测绘仪的研发也越来越智能化、数字化和信息化，由于该技术具有测量精度高、测量效率快、操作简单、易实现等优点，已经被广泛应用到各个工作领域中[2]。按照不同的作业要求，三维激光扫描测绘分为机载型激光扫描测绘、地面型三维激光扫描测绘、手持型三维激光扫描测绘三种，此次将三维激光扫描测绘技术应用到矿山测绘项目施工进度监测中，形成一种新的监测方法，减少矿山测绘项目施工进度监测残差，具有良好的现实意义。

1 基于三维激光扫描测绘技术的矿山测绘项目施工进度监测方法

1.1 矿山测绘项目施工进度数据获取

数据获取是矿山测绘项目施工进度监测中的首要任务，为了保证获取数据的质量，此次运用三维激光扫描测绘技术对矿山测绘项目施工进度数据进行采集。三维激光扫描测绘技术对施工进度数据的获取主要是依靠扫描测绘仪实现，该仪器利用激光发射器发射激光信号，然后激光信号接触到施工组织时会反射回来，最后利用接收器对反射回来的信号进行接收，对其进行处理之后输出，下图为三维激光扫描测绘技术采集数据流程图。

在运用扫描测绘仪对施工组织扫描之前，需要对扫描现场进行实地勘探，对施工现场的各个施工组织进行标记，并对其几何位置进行记录，根据勘探的数据对扫描测绘仪的参数进行设置，其中包括扫描距离、光束散发率、距离精度、激光波长、集成数码相机像素、数据采样率、激光等级等。调整好仪器参数之后按照仪器使用说明书就可以对施工现场进行扫描，扫描过程中需要注意数据的重叠度，同时仪器工作温度要控制好，尽量将仪器放在阴凉处。最后将扫描得到的数据保存在计算机中，为后续施工进度分析提供数据依据。

1.2 矿山测绘项目施工数据去噪及三维坐标计算

在数据获取过程中，激光信号会受到多种因素影响，导致采集到的数据中会存在噪声，所以首先需要对数据进行降噪处理。对于一些噪声极大的数据可以之际进行删除，对于一些噪声比较小的数据采用有序点云去燥方法进行去燥。数据去燥处理完成之后对施工组织的三维坐标进行计算，扫描测绘仪接收到的采样点激光信号都是局部坐标，扫描仪的内部为坐标原点，X轴为激光扫描仪局部坐标系的水平方向，Y轴为扫描仪的扫描方向，Z轴为扫描仪的垂直方向，具体如下图所示。

图2 矿山测绘项目施工监测点坐标计算

假设点P为扫描测绘仪扫描到的施工组织，利用采集到的数据对该点三维坐标进行计算，如下所示：

公式（1）中，Xp、Yp、Zp为施工组织的三维坐标；S为矿山测绘项目施工组织到扫描测绘仪坐标原点的距离；α为激光射线与激光扫描仪水平方向的夹角；β为激光反射线以激光扫描仪水平方向的夹角。

1.3 矿山测绘项目施工进度分析

利用公式（1）计算出所有目前矿山测绘项目施工组织的三维坐标，然后将其导入到矿山测绘项目施工模型中，即可清除的看到已经完成的施工量，然后对剩余施工量进行计算，计算公式如下：

公式（2）中，Dt为矿山测绘项目剩余的施工量；t为剩余施工量所需的施工时间；T为矿山测绘项目施工总量；O为矿山测绘项目已经完成的施工量。利用上述公式计算出剩余施工量以及施工时间，以此完成对矿山测绘项目施工进度监测。

2 实验

2.1 实验设计

实验以某矿山测绘项目为实验对象，该测绘项目施工面积为9684m²，属于大型矿山测绘项目，施工方案中计算该项目施工时间为24天，现运用此次设计方法与传统方法对该项目施工进度进行监测。实验中根据该项目实际情况，选择了加拿大UGK公司生产的GJGF-OIHG型号的三维激光扫描测绘仪对项目施工进度数据进行采集，下表为三维激光扫描测绘仪参数表。

表1 三维激光扫描测绘仪参数表

实验分别运用两种方法在施工4天、8天、12天、16天、20天、24天时对其施工进度进行监测，并对两种方法的监测结果进行记录，然后将其与实际施工进度进行比较，计算出两种方法监测结果的残差。

2.2 实验结果分析

实验以两种方法的监测残差作为实验结果，对此次设计方法与传统方法进行对比，下表为两种方法残差对比。

表2 两种方法残差对比

从上表可以看出，该项目并没有按照预期工期完成，产生了延期，此次设计方法监测结果基本与实际情况相符，残差低于传统方法，证明此次设计方法可以满足矿山测绘项目施工进度监测精度需求。

3 结束语

此次对三维激光扫描测绘技术在矿山测绘项目施工进度监测中的应用进行了研究，对三维激光扫描测绘技术的应用广泛推广具有重要作用，综合利用当代的先进技术，对提高矿山测绘项目施工进度监测质量也具有一定的现实意义，此外还具有学科交叉渗透的深渊影响。