3D激光掃描金屬礦山採空區測量的應用

在礦山開採中，地質測繪工作十分重要，其工作質量直接關係到礦山工作的有效性和安全性。 隨著科學技術的不斷發展，許多先進技術得到開發和應用，三維激光掃描技術具有顯著優勢。 對金屬礦山採空區的測量精度高，實現對採礦作業環境的有效控制。 為製定和製定採礦工作計劃提供依據。

1 3D激光掃描技術

該技術也稱為現實世界複製技術。 它是1990年代逐漸出現的一種高科技類型，在測繪領域得到了廣泛的應用。 在使用該技術時，高速激光掃描測量方法可以實現各點的坐標（x、y、z）、反射率和顏色（R、G、B）等高分辨率和大面積信息在物體表面。 快速獲取，通過如此大量的密集點信息，可以快速重構出1:1真彩色三維點雲對應模型，為後續處理和數據分析提供有效依據。 

該技術具有快速、高效、非接觸、穿透力強、動態、數字化、高密度、高精度等顯著特點，有效彌補了現階段空間信息技術發展的不足，實現傳統單點測量方法的突破。 該技術可以提供被掃描物體表面的三維點雲數據信息，從而獲得高精度、高分辨率的數字地形模型。 

採用高速激光掃描測量方法，可以快速獲取被測物體表面的三維坐標數據和大量空間點等高分辨率、大面積信息。 它是一種實現物體三維圖像模型快速構建的新技術。

2 3D激光掃描技術原理

該技術主要利用極坐標的測量來有效獲取被測物體的空間坐標數據。 傳統的掃描方式是雲計算，通過掃描物體表面，獲得可顯示幾何圖形的三維數據。 該技術主要依靠激光測距原理，因為3D激光掃描設備與目標激光測距設備和測角系統相結合，可以快速測量複雜空間中的物體和與激光點密切相關的物體。 

直接獲取水平方向、反射強度、斜距等數據，自行計算存儲，得到點雲數據。 可在1000m以上的距離進行測量，掃描頻率可達數十萬/s 

之後，掃描數據通過TCP/IP協議傳輸到計算機，場景圖像通過USB數據線傳輸到計算機，再由計算機對點雲數據進行處理，然後三被測物體的尺寸模型與CAD Redesign相連。 激光測距原理如圖1所示。

3 3D激光掃描技術在金屬礦山採空區測量中的應用

以湖南新天嶺鎢業為例，分析三維激光掃描技術在金屬礦山採空區測量中的應用。 該礦區面積7.7245m2，交通十分便利。 由於礦區生產核算和保護監測的需要，必須採用三維激光掃描技術對地下採空區進行掃描測量，通過真實掃描數據計算採空區體積，構建實現了三維實體模型。 在計算機中呈現地下礦山是礦區數字化發展的有效基礎。

3.1 採空區控製網絡佈局

在三維激光掃描儀的使用中，所使用的坐標系主要是以掃描儀為中心，實現獨立坐標系的構建。 要將各個獨立的坐標系轉化為統一的坐標系，需要將在採區測得的坐標系中的坐標控制點引入到各個地方的採空區，利用各站的掃描，使用通用真實坐標的目標掃描，可以有效地統一點雲數據的坐標系，也可以統一點雲數據的坐標系和礦區測量的坐標系。 因此，需要通過全站儀以光電測距的線狀形式，在所有地下採空區周圍合理佈置測量控制點。

3.2 進行3D激光掃描加工

工作中，該礦區採用徠卡3D激光掃描設備對每個採空區進行分站掃描（見圖2），每站佈置3個目標，每站同時掃描。 3 對目標進行掃描測量並擬合目標的幾何中心，則三個目標在掃描數據的獨立坐標系中具有相對空間關係； 測量目標幾何體的中心坐標時，三個目標在局部坐標系中，存在相對空間關係。 將這三個目標的幾何中心視為公共點，對後續辦公數據進行點雲拼接在此期間，拼接各站內點雲數據，將各站獨立坐標系轉換為局部坐標系。坐標系。

3.3 內部業務數據的處理

在辦公數據的處理中，主要包括數據拼接、數據細化、數據虛擬測量、採空區三維實體模型構建、斷面數據提取等。

首先通過徠卡軟件提取掃描儀數據，對掃描後的數據進行拼接處理，通過現場精確的掃描目標和全站儀測量目標的中心坐標，實現各站點的雲端數據。 拼接加工，本項目目標拼接誤差在2mm以內。

由於3D激光掃描採集到的點雲數據的數據量非常大，這個龐大的數據量需要通過特定的軟件進行處理。 現階段常用的CAD軟件和測繪軟件無法有效處理這一龐大的點雲數據，因此，在導入點雲數據之前，應對數據進行細化處理。 可以按照等間隔的方法對數據進行細化，既可以保證點雲數據具有良好的精度，又可以減少海量數據對處理速度的影響。

完成微數據的細化後，將此類數據作為原始數據處理，通過3Dmine、Cyclone等專業軟件生成三維模型。 基於三維模型，可以準確計算採空區的體積和斷面，提取等高線等各種所需信息，為後續工作提供準確、全面的依據。

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