河北省地矿局第五地质大队 河北唐山 063000
摘要：在科学技术不断革新的过程中，扫描技术日趋成熟；通过运用三维激光扫描技术，提升了露天矿测量的准确性与实时性；借助于三维激光扫描技术，能够更深层次的扫描环境与空间，在电脑中清晰完整的存入复杂的现场实质景物，并且快速的重新组合其线条和空间等；相较于传统的测量及数据采集技术，具有一系列的优势。本文简要分析了露天矿测量中3D激光扫描技术的应用，希望能够提供一些有价值的参考意见。
关键词：露天矿；激光扫描技术；应用
随着时代的发展，我国露天矿开采正在如火如荼的开展，露天矿测量是非常重要的一个方面，主要是系统化测量开采过程中遇到的各种因素。露天矿测量包括十分广泛的内容，测量的对象有地形地质、四周坡度、空间状况、建筑物、管线等。实践研究表明，传统的测量设备只有较低的效率，数据的测量及获取需要花费较长的时间与精力，无法将空间测量真实情况给科学精确的表达出来。因此，就需要积极应用先进的3D激光扫描技术。
1 露天矿测量的主要任务
测量工作在露天矿建设生产过程中发挥着十分重要的作用，通过测量工作的开展，促使露天矿开采能够顺利进行。如地形测量、边坡测量、排土场测量、变形位移测量等都是非常重要的内容。露天矿生产具有较大的难度和特殊性，过去的测量仪器在实践中逐渐暴露出来了诸多的问题，效率不高，且精度无法满足要求。其中，矿山储量地质测量为露天矿测量的主要任务，其主要是结合上年度矿山储量年报、矿产勘查报告、储量核算报告等，将一系列的技术手段给运用过来，包括矿山地质编录、矿山测量、矿山采样测试等，整理相关的矿山地质资料，来对矿山本年度开采量、损失量以及资源储量增减量等进行估算，对矿山储量年度报告科学编制，年度结算矿山本年度保有资源储量等。其中，矿体的测算精度以及储量数据的一致性为矿山储量地质测量的核心内容。具体来讲，露天矿山地质测量包括这些方面的内容：将矿区基础控制网、矿山基础技术档案等给构建起来，依据相关规范要求，测量开采区域的地质情况，对开采区域的矿体体积进行计算，检验地质测量的成果质量，制作矿区图件等等。
2 三维激光扫描技术概述
2.1 测量原理
一般情况下，扫描仪、计算机以及电源供应系统等构成了三维激光扫描系统，而激光测距系统、激光扫描系统、矫正系统以及仪器内部控制等都是激光扫描仪所具备的。通过快速有序的宣传仪器内部两个同步反射镜，像被测区域依次扫过激光脉冲发射体发出的窄束激光脉冲，对激光脉冲从发出经过被测物表面到返回仪器经过的时间进行测量，然后对距离进行计算，同时，扫描控制模块要对每一个脉冲激光的角度进行控制和测量，将被测物体上激光点的三维给计算出来。
2.2 测量特点
相较于传统测量技术，三维激光扫描技术具有一系列的优势，具体来讲，包括这些方面的内容：
首先，非接触测量；借助于三维激光扫描技术，测量过程中，与扫描目标不需要接触，反射棱镜也不需要，不需要表面处理扫描目标物体就可以对物体表面的三维数据直接采集，并且数据的真实性和可靠性也能够得到保证。对于一些比较危险的环境、物体等，可以有效运用本种方法。
其次，有较高的数据采样率；通过实践研究表明，将三维激光扫描仪运用过来，不管是脉冲激光还是时间激光，采样点速率都能够达到每秒数千点，而将相位激光方法给运用过来，则可以达到每秒数万点，传统的测量方式是无法达到这样的采样速率的。
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然后，能够对扫描光源主动发射；借助于三维激光扫描技术，能够对扫描光源主动发射，借助于对自身发射的激光回波信号进行探测，可以对目标物体的数据信息有效获取，时间、空间等因素不会扫描产生限制作用。
再次，有着较高的分辨率与精度；借助于三维激光扫描技术能够对海量点云数据快速高精度的获取，高密度的采集扫描目标的三维数据，分辨率较高；且采集到的数据信号都是直接获取的，全数字特征，后期处理与输出比较的简单；处理软件有友好的用户界面，能够非常方便的和其他软件交换及共享数据。
最后，能够有效配合使用外置数码相机及GPS系统；这些功能的实现，促使三维激光扫描技术的使用范围得到了极大拓展，能够更加全面准确的获取信息。通过使用外置数码相机，能够更好的采集色彩色信息，更加全面的获取目标信息；而通过应用GPS定位系统，则拓展了三维激光扫描技术的应用范围，能够更加紧密的满足工程需求。
3 工程实例
3.1 工程概述
本文以某露天煤矿为例，其属于国家十一五时期重点建设的煤矿，产能在我国露天煤矿中也是数一数二的；地表境界东西长与南北宽分别为9.8千米与6.5千米，50平方公里的面积，每层有30米左右的平均厚度，可采原煤储量有16亿吨。
3.2 测量流程
在本矿山测量中，采用的仪器有1000米左右的最大有效扫描距离，3米的最小扫描距离，最远距离内斜距测量精度为10毫米左右，平均测量精度为5毫米，扫描仪垂直与水平扫描范围分别为0-80度和0-360度；为了能够有效对比传统测量方式，同时借助于GPS-RTK技术来测量部分特征点，然后对两种测量结果进行对比。测量方案的制定，需要将测区实际踏勘情况给充分纳入考虑范围，对控制点合理选择，以便科学架设三维激光扫描仪，对各个测站的测量面合理划分；然后结合测量方案来采集点云数据，对仪器的水平、垂直方向扫描的分辨率合理设置，在采集数据的过程中，需要避免扫描仪被人员或者其他物体所遮挡。
3.3 数据处理
在处理软件中导入野外作业采集到的点云数据，转化坐标系统，配准多测点云数据，之后拼接点云数据，以便对测区三维数据完整的获取，以便促使有等高线图、DEM图等生成。对比RTK技术测量结果与三维激光扫描所测结果，在测量人员方面，RTK与三维激光扫描技术分别需要3人和2人，采集点数方面，分别为360和210000，测量时间方面，分别需要8小时和2.5小时，三维模型精度方面，分别为不合格与良，采样点分布分别为不均与和均匀；通过对比发现，相较于传统测量技术，三维激光扫描测量的操作难度较小，工作量得到了减轻，并且能够均匀分布采样点，不需要花费较长的测量时间，三维地形测量的精度要求也能够有效满足，具有一系列的优势。
4 结语
综上所述，在露天矿山测量工作中应用全数字三维激光扫描技术，具有一系列的优势，更加的快捷、方便和精确，避免人为篡改数据，得到更加客观真实的储量数据。借助于形象直观的可视化数据分析模型，管理人员能够清楚的了解矿山状态与开采过程，能够动态监管矿山储量。在未来的发展中，3D激光扫描技术将会更加广泛的应用到露天矿测量中，相关的工作人员需要积累实践经验，不断完善和创新，提升露天矿测量质量与效率。
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论文作者:韩晓强
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/7/27
标签：测量论文; 激光论文; 露天矿论文; 技术论文; 矿山论文; 数据论文; 储量论文; 《基层建设》2016年10期论文;