三维激光测量与传统测量应用对比探讨

张凡

（新疆哈巴河阿舍勒铜业股份有限公司哈巴河 836700）

1 引言

阿舍勒铜矿地处阿勒泰地区哈巴河县，目前有大量采空区，且结构复杂，环境恶劣。非接触式测量，可保证测量人员安全；测量效率高，精度高，操作简便；设备能满足井下湿度、温度、粉尘等恶劣环境；软件能满足空区体积计算、自动提取空区顶底线、等高线自动提取、剖面线提供、基于模型进行填、挖方量计算、岩土工程分析、巷道喷浆支护验收等。

2 三维激光测量技术介绍

三维激光扫描仪是利用激光测距原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据，三维激光扫描技术又称“实景复制技术”。相对于传统的单点测量，三维激光扫描技术也被称为从单点测量进化到面测量的革命性技术突破，因其采集速度快、高分辨率、高精度、非接触式测量、自动化程度高等特点，作为测绘领域继GPS 技术之后的又一次技术革命。该技术广泛应用于矿业、建筑、考古等领域。

在矿业领域，通过海量点云数据经过三维重构，可以再现矿山开采现状，例如露天采场、空区、巷道、溜井等。测量成果可快速生成矿山所需要的地形地貌、等高线、坡顶底线、填挖方量、空区、巷道、溜井模型等数据，这些数据还可以导入三维矿业软件，结合矿山资源模型，可实现矿山生产精细化管理，为矿山安全生产提供保障，提高矿山技术管理水平。国内大型矿业公司，神华集团、中国黄金集团、山东黄金集团、云铜集团、紫金矿业（紫金山矿、乌拉特后旗紫金矿业）、西部矿业等均已利用三维激光扫描仪开展相应工作。

3 实际应用简介

（1）地点：阿舍勒铜矿300-1903#采场。

（2）设备：澳大利亚MAPTEK 公司产品型号ISITESR3L。

（3）测量手段:支架式测量延伸杆式测量。

（4）应用流程：

1）操作简单、辅助配件少（无须全站仪全程配合）；2）实用性强（人员可不进入危险区域测量）；3）扫描速度快（每站扫描时间2分钟）；4）可适用阿舍勒井下恶劣环境；5）现场可清晰看出扫描情况；6）两个人即可操作。

4 与传统测绘技术的区别

目前矿业行业内，主要依赖RTK 和全站仪等传统设备工作，传统工作方式面临一些问题：

（1）测量安全性问题：在地表以上，为了获取到最真实数据，测量人员需要达到露天矿台阶边缘、矿山爆堆、生产料堆之上进行测量。在地表以下，特别是矿山采空区及巷道测量，人员需要深入内部进行测量，否则无法测出真实数据。这些测量地点都比较危险，存在很大的测量安全隐患；

（2）测量效率问题：传统测量方式，不论地表还是地下，都需要测量人员一个点一个点进行单点测量，点与点之间的移动全靠人员跑动，测量人员不仅十分辛苦，而且测量效率低下，一个矿山的验收测量，动辄就要一周至两周多才能完成；

（3）测量质量问题：测量现场的跑点，全部根据测量人员个人经验进行，而且点间距动辄几米距离，还有许多地方测量人员根本无法到达，导致矿山或工厂的测量点相对稀疏，稀疏的测量点计算的形变、面积、体积等准确度不够，测量质量有待提高；

（4）测量人性化问题：在烈日酷暑和天寒地冻的情况下，测量人员均需暴露在室外进行工作，测量环境异常艰苦。

以上问题，在矿用三维激光扫描仪中可以得到很好的解决，传统测量与三维激光扫描仪测量具体对比如下表。

5 探讨

当前阿舍勒铜业矿山管理者，希望基于“智慧矿山空间数据采集及应用系统”建设，实现地下井巷工程三维可视化、采掘（剥）量验收精确化、验收数据获取快速化，开挖质量分析自动化、岩土工程分析智能化、数据交互协同化，生产管理与决策科学化，达到优化利用矿产资源，保证矿山生产经营安全、高效的目的。在此种背景下，通过高新技术的测量手段，获取空间三维形态，并完成矿山采掘量验收，解决传统测量手段存在的问题，提升阿舍勒铜业在矿山采掘量验收、施工质量控制方面的科学化、现代化水平，加快企业体制创新、管理创新和技术创新，助力集团权属矿山迈上新台阶，已经非常必要。

表1 传统测量仪器与三维激光扫描仪对比

6 结束语

三维激光测量与传统测量相比具有如下一些特点：

（1）非接触测量

三维激光测量采用非接触式激光测量，无需反射棱镜，对扫描目标物体不需进行任何表面处理，直接采集物体表面的三维数据，所采集的数据完全真实可靠。可以用于解决危险目标、环境（或柔性目标）及人员难以企及的情况，具有传统测量方式难以完成的技术优势。

（2）数据采样率高

目前，采用脉冲式激光测量采样，点速率可达到二十万点/秒，可见采样速率是传统测量方式难以比拟的。

（3）主动发射扫描光源

三维激光扫描技术采用主动发射扫描光源（激光），通过探测自身发射的激光回波信号来获取目标物体的数据信息，因此在扫描过程中,可以实现不受扫描环境的时间和空间的约束。

（4）高分辨率、高精度

三维激光扫描技术可以快速、高精度获取海量点云数据，可以对扫描目标进行高密度的三维数据采集，从而达到高分辨率的目的。

（5）数字化采集兼容性好

三维激光扫描技术所采集的数据是直接获取的数字信号，具有全数字特征，易于后期处理及输出。

（6）结构紧凑、防护能力强，适合井下恶劣环境使用。

（7）有后方交会功能，不需要全站仪辅助，减轻技术人员劳动力。扫描设备具有体积小、重量轻、防水、防潮，对使用条件要求不高，环境适应能力强，适于井下使用。