三维激光扫描技术在矿山测量中的应用

刘夫晓

（山东金岭矿业股份有限公司，山东 淄博 255081）

随着矿山测量的范围越来越广泛，传统的测量方法需要消耗较长的时间，但得到的数据非常有限，在进行对复杂地形的测量时，无法确保数据的精密度和准确度，也不方便进行相关的勘察工作，在实际应用中已经逐渐落伍，取而代之的是三维激光扫描技术的应用。三维激光扫描技术精密度和准确度都非常高，且十分的高效，即使是进行复杂的矿山测量也能够得出非常有价值的数据，在矿山的开采过程中具有非常重要的作用[1]。

1 三维激光扫描技术简介

三维激光扫描技术一般应用于测绘领域，它的优点包括准确度和精密度高、采样率高、分辨率高、便捷高效等。它的使用方法是对物体进行三维扫描，形成精确的三维点云数据，进而全面立体的将所测的物体描绘出来，然后利用激光扫描对信息数据进行采样收集和分析，绘制出三维影像。三维激光扫描所使用的原理是激光测距原理，通过快速的激光扫描对于物体的整体进行测量和各个点的定位，形成立体影像。三维激光扫描的仪器分为几种不同的种类，按照仪器载体，可以分为机载、手持或者车载等，按照用途可以分为近距离测量和远距离测量，按照测量原理，可以分为相位差式、三角测距式以及脉冲式等[2]。

2 三维激光扫描技术与传统测量技术的比较

三维激光扫描技术的工作流程是首先建立矿区测绘基础控制网，然后进行对开采区的实地扫描获取三维点云数据，接着将不同控制点上获得的数据统一到同一坐标系中，自动拼接扫描数据进行数据处理，进而建立真实的三维影像，即被测量矿山的模型，最后根据模型计算开采范围内的矿石体积以及相关的储量数据。传统的测量方法流程是首先建立矿山的基础控制和基础技术档案，接着根据相关法律法规以及规章制度的要求进行矿山的测量，同样需要计算开采区域的矿体体积。在测量之后还需要对结果进行质量检验，然后进行矿物资源的储量计算和矿区图件的制作，最后编制测量报告。传统的测量方法与三维激光扫描技术相比，有以下的几点不足之处。首先，很少能够到达理想的立尺点。大多数的矿山形状非常复杂，岩壁陡峭，道路纵横曲折，工作人员无法到达理想的立尺点，如此一来，进行矿体的计算就会存在着一定的误差，不能够达到精密度和准确度高的要求。许多的矿山开采工作需要进行多次的测量核算或者补做外业工作才能够完成，增加了该项工作的多种成本，降低了工作效率。同时由于数据不够准确精密，会影响矿山储量的记录，导致对于矿山储量的监管工作不能够顺利地进行。其次，传统的测量方法效率太低。用传统的测量方法对矿山进行测量速度很慢，而矿山储量的动态监管具有时效性，工作人员只有两三个月的时间来进行矿山储量的测量，不能够在规定的时间内完成所有的测量工作，并且需要更多的工作人员来进行该项工作，所需要的人力成本和时间成本比较大。此外，传统的矿山测量方法存在着一定的安全隐患，矿山测量需要工作人员在陡峭的山体上找到目标点进行标记，矿山的环境大多非常恶劣且艰险，是一项非常危险的工作。工作人员在进行矿山测量时需要非常小心翼翼的攀爬标记，避免危险。最后常规的测量方法，只有数据，没有与数据相匹配的矿山的三维图像管理者，并不能够对矿山的实际情况进行了解，只能通过数据分析来进行判断，对于开采工作非常的不方便。而三维激光扫描技术与传统的测量方法相比较，具有安全性高、精密度和准确度符合要求、效率高、方便快捷等优点。因此，在矿山的开采工作中，逐渐替代了常规的测量方法，成为了工作人员最常使用的矿山测量方法[3]。

3 三维激光扫描技术在矿山测量中的应用

3.1 地质地形测量

矿山开采工作必须要做好准备工作，很多的矿山道路曲折，山路陡峭，因此必须要在开采之前进行相关的地质与地形测量。传统的测量方法不能够进行很好的测量，并且具有一定的危险性。因此，工作人员运用三维激光扫描技术，对待开采的矿山进行地质进行的测量。在测量过程中，工作人员利用扫描仪对矿山进行地质，地形和地貌的测量仪器得到相关的数据信息传输到终端设备上，并且储存这些数据，然后终端机器对数据进行处理和转化，形成三维点云数据，再通过其他的操作构建出三维影像模型。这样工作人员就可以通过模型观察到完整的矿山外形，在实际的开采过程中，就能够避开陡峭的地方，大大提高开采过程的安全性。三维激光扫描技术降低了在复杂地质地形环境中的测量难度，有效的提升了测量水平和测量效率，同时保证了测量工作和后续开采工作的安全性。同时，该项技术将地质地形与模拟的数字化信息相互转化，大大降低了测量成本，提升了测量数据的准确度和精密度，在矿山开采事业的积极发展中起到了重要的作用。

3.2 施工井下测量

施工井下环境复杂，测量工作执行起来非常困难，井下作业具备很多的不确定性，安全系数非常低，并且井下较为隐蔽，无法得到非常准确精密的测量数据，这时运用三维激光扫描技术就可以很好地解决这些问题。该项技术可以让井下的测量工作顺利进行，同时得到准确度和精密度非常高的数据。

在运用该技术时，主要进行三项工作，分别是现场勘察、激光扫描和数据处理。将点云数据拼接起来建立模型，得到三维的井下影像，可以让工作人员对井下的环境做到心中有数，避免了很多的安全隐患，有效防止了井下安全事故的发生，保障了施工人员的人身安全。同时可以通过模型得到测量数据，便于工作人员后续的工作展开，提升矿山工程的质量和经济效益[4]。

3.3 边坡防治

矿山在开采的过程中，时常会发生地震、洪涝、山体滑坡等危险，这些危险威胁着工作人员的生命安全，因此，如何预测到这些危险以便采取预防措施是亟待解决的一件事。这一问题是常规的测量方法所不能解决的，而三维激光扫描技术可以很好的完成。

三维激光扫描技术测定获取监测区域的三维点云数据，并且对数据进行处理分析，与历史数据的模型进行对比，运用灰色预测和时间序列分析等方法分析矿山区域的地质情况，以评估滑坡的风险。该项技术测量速度快，精密度高，可以长时间24小时监测，在边坡防治项目中可以很好地运用，帮助工作人员尽可能地避开潜在的安全隐患。

3.4 土方测量

在开采矿山的过程中，会挖出很多的矿土，完成开采项目之后，堆积的大量土方不能够留在原地，需要对其进行转移，因此，施工方需要对土方进行测量、评估土方的体积数量，以安排转移的方法和时间。土方的体积大数量多且非常的重，同样可以运用三维家光扫描技术对土方的大小和重量进行测量。

具体的测量方法是用地面的反射信号做基础，同时仪器可以得到脉冲信号，将两种信号结合后得到三维点云数据，同样的对这些点云数据进行分析处理，建立三维立体模型，从而确定实际的土方数量。在得到准确的数据之后，施工方可以根据数据计算需要多少车辆运输、运输的时间有多长，这些土方需要运输到什么地方。这样有效地节省了运输时间和成本，提高了测量的效率[5]。同时，如果某些地区需要土方，可以按需求运输到相应的地点，实现资源的可持续利用，避免资源被浪费。

4 结语

矿山工程涉及到很多的地质勘查项目，在前期需要进行地质地形的测量和施工井下测量，同时要进行边坡防治，预防山体滑坡，对工作人员造成伤害，结束之后堆积的土方也需要得到妥善的安置。这些问题通过传统的测量方法都不能够得到完美的解决方案，只能运用三维激光扫描技术来解决。这项技术的出现，有效的推动了矿山工程的发展和进步，促进了我国经济的发展和国土资源的开发利用。