摘要：在礦山深度開採中，不僅對開採技術具有很高的要求，而且對開採的安全性造成了很大的威脅，為了確保開採工作的有效和安全進行，三維鐳射掃描技術作為一種先進的測量技術，在礦山開採中逐漸得到了應用。文章針對三維鐳射掃描技術在金屬礦山採空區測量中的應用展開分析，為同行業人員提供參考。

關鍵詞：金屬礦山；礦山開採；三維鐳射掃描技術；採空區；測量精度

在礦山開採中，地質測繪工作至關重要，其工作的質量直接關係到開採工作的有效性與安全性。隨著科技技術不斷髮展，諸多先進技術得到了研發與使用，而三維鐳射掃描技術具有顯著的優勢，在金屬礦山採空區測量中具備很高的精度，實現對礦山開採工作環境的有效掌握，為開採工作方案的制定與開展提供依據。

1 三維鐳射掃描技術

此技術又稱作實景複製的技術，是20 世紀90 年代逐漸出現的高新技術型別，在測繪領域中得到了廣泛應用。此技術使用中，以高速鐳射的掃描測量法，能夠對物體表面的各點座標（x， y， z）、反射率和顏色（R， G， B） 等資訊實現高解析度與大面積地快速獲得，透過此類大量密集性點資訊能夠實現1：1 真彩色的三維點雲相應模型快速復建效果，對後續工作的處理和資料的分析等提供有效依據。此技術具有顯著的特點，如快速、高效、非接觸、強穿透、動態化、數字化、高密度和高精度等，對現階段空間資訊的技術發展不足實現了有效彌補，實現對傳統單點測量法的突破。此技術可以提供所掃描物體的表面三維點雲的資料資訊，用來得到高精度和高解析度數字化地形的模型，以高速鐳射的掃描測量法，實現對被測的物件表面三維性座標資料以及大量空間點位的資訊等高解析度與大面積快速獲得，它是一種實現對物體三維化影像模型快速構建的新技術。

2 三維鐳射掃描技術原理

此技術主要藉助極座標的測量對被測物件所具有空間座標的資料有效獲取。傳統的掃描方式為雲計算，對物體的表面掃描來獲取陳列性幾何圖形的三維化資料。此技術主要藉助鐳射測距原理，因為三維鐳射的掃描裝置和目標鐳射的測距裝置以及角度測量的系統實現結合，可以對複雜空間的現場內物體迅速測量，對和鐳射點存在密切關聯的物體水平的方向、反射的強度、斜距等資料直接獲取，並對它們自行實施計算與儲存，獲得點的雲資料，它能夠在超過1000m 的距離實現測量，且掃描的頻率達到十幾萬/s，後透過TCP/IP 的協議把所掃描的資料向計算機傳輸，以USB 的資料線把場景影象向電腦傳輸，後透過計算機對點的雲資料處理，再和CAD 聯絡對被測物體三維的模型重新設計。鐳射測距原理如圖1 所示。

圖1 鐳射測距原理

3 三維鐳射掃描技術在金屬礦山採空區測量應用

以湖南新田嶺鎢業為例，對三維鐳射掃描技術在金屬礦山採空區測量的應用進行分析。此礦區的面積為7。7245m2， 且交通十分便利。由於產量核算和礦區的保護監測需要，要透過三維鐳射的掃描技術來對地下的採空區實施掃描測量，透過真實掃描的資料對採空區的體積計算，且實施三維化實體的模型構建，把地下礦山在計算機內呈現，為礦區的數字化發展有效依據。

3.1 對採空區佈設控制網

在三維鐳射的掃描器使用中，所採用座標系主要是將掃描器當作中心實施獨立性座標系的構建。而想要把各獨立性座標系向一個統一的座標系內轉化，就要求將存在於礦區測量的座標系統內座標控制點向各地下的採空區引入，後每站的掃描就可以藉助對具備真實性座標公共的標靶掃描，這樣就能夠實現對點雲資料的座標系統有效統一，且點雲資料的座標和礦區測量的座標系也實現統一。因此，要透過全站儀以光電測距的導線形式，把測量的控制點向全部地下的採空區周圍合理佈設。

3.2 開展三維鐳射的掃描處理

在工作中，此礦區使用的是萊卡三維的鐳射掃描裝置，對各個採空區開展分站掃描（見圖2），在每站內進行3 個標靶的佈設，對每站實施掃描同時都對3 標靶開展掃描測量且對標靶幾何的中心擬合，則3 個標靶於所掃描資料獨立性座標系統內就存在相對性空間的關係；且透過全站儀於導線的控制點位置對標靶幾何的中心座標測量，則3 個標靶就在地方的座標系統內也存在相對性空間的關係，將此3 個標靶的幾何中心當作公共點，後續內業資料的點雲拼接期間，對各站內點雲資料進行拼接且把各站獨立性座標系統向地方性座標的系統內轉換。

圖2 掃描採空區點雲資料

3.3 對內業資料的處理

在對內業資料的處理中，主要包括資料的拼接處理、資料的抽稀、資料虛擬的測量、採空區的三維化實體模型構建、斷面資料的提取等。

首先，透過徠卡軟體對掃描器資料進行提取，並對所掃描的資料實施拼接處理，透過外業精確的掃描標靶和全站儀的測量標靶具有的中心座標來對各站點的雲資料實施拼接處理，此專案靶標的拼接誤差在2mm 內。

因為三維鐳射的掃描所採集點雲資料具有龐大資料量， 此類龐大資料量需要透過特定軟體實施處理，現階段所常用CAD 軟體和測繪軟體等都不能對此龐大點雲資料實現有效處理，所以，在對點雲資料匯入前，要對資料實施抽稀處理。可以依據等間距法對資料抽稀，不僅能夠確保點雲資料具有良好精度，而且還能夠降低海量資料對處理速度造成的影響。

在完成微資料的抽稀後，將此類資料當作原始的資料， 透過 3Dmine 和Cyclone 等專業軟體生成三維模型。基於三維模型，就能夠對對採空的區實體體積和斷面準確計算，還能夠對等高線和其他各種的所需資訊提取，對後續工作的開展提供準確、全面的依據。

4 結語

綜上所述，三維鐳射掃描技術是一種現代化的科技技術，它具有顯著的特點與優勢，在金屬礦山採空區的測量中具有很高的精度，改變了傳統測量法的侷限性。因此，這就需要在相關專案中做好對此技術的引進與使用，在行業內對其技術不斷研究，來促進其在實際工作中更好地發揮作用。

作者簡介：何贊碧（1977-），男 ，湖南郴州人，湖南新田嶺鎢業有限公司助理工程師，研究方向：測繪工程。

參考文獻

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