摘要：矿山测绘技术历史悠久，经过数十年的发展，矿山测绘及时已经具有一定的机械化水平，但矿山传统测绘技术无法满足目前测绘技术的需求，越来越多的新型测绘技术成为矿山测绘技术发展的前提，三位激光扫描技术成为众多测绘技术中非常重要的一种；数字化矿山建设是实现企业高效高产和安全开采的有效途径，三位激光扫描技术不仅可以建立完成的三维立体模型，还可以真实立体的展现矿山地质地形，是一种全新的技术手段，有利于推进矿山的发展。本文分析了三维激光扫描仪在露天矿山测量中的应用。
关键词：三维激光扫描仪；露天矿山测量；应用；
由于露天矿山生产比较特殊，其测量工作也有着一定的特点，在科技快速发展过程中，测绘方法也越来越先进，露天矿的随时采挖与采挖后土石填补。均需要第一时间进行测量，但是对常规仪器来说，精度与效率已经难以满足现阶段矿山测绘工作的要求。由于三维激光扫描仪测量速度快、精度高，并具备非接触与操作简单等特点，在露天矿山测量中应用目益广泛。
一、三维激光扫描仪
三维激光扫描系统由三维激光扫描仪和配套软件、电源以及附属设备构成。三维激光扫描仪的构造主要包括:一台高速精确的激光测距仪,一组可以引导激光并以平均角速度扫描的反射棱镜,内置的数码相机,可以直接获得目标物的影像。通过转动装置的扫描运动,完成对物体的全方位扫描,然后进行数据整理, 通过一系列处理获取目标表面的点云数据。三维激光扫描仪的工作原理是通过激光发射器发射出一个窄波脉冲,它被分为两部分,一部分发送到接收机并启动时间测量器件,另外一部分发送到目标物体。当激光束到达被扫描目标物体的表面时发生后向反射,并且部分激光束返回到探测器。脉冲的辐射强度转化成了电流, 然后在接收机放大并发送到时间辨别器中,时间辨别器进行定时(记录返回脉冲的时刻)并停止时间测量器件。激光测距仪既可以主动发射激光，同时又可以接收由自然物体表面反射的光线，从而进行测距．在每一个扫描点都可以测得测站到扫描点的斜距S，再参照扫描的水平方向角α和垂直方向角θ，就可以得到每一扫描点与测站之间的空间相对坐标，所获取的空间相对坐标见公式：，三维激光扫描仪按照载体的不同主要分为以下几类：机载激光扫描系统、车载激光扫描系统、地面激光扫描系统。
二、露天矿山测量分析
现如今，随着三维激光扫描仪器的不断健全和完善，市面上出现了较多类型的仪器，虽然外观和规格存在很多差距，但实际的操作原理是相同的。三维激光扫描仪的操作原理，从某种意义上来说，与全站仪器的测量原理是相一致的，都是搭建空间的三角模型，获取被测物体的数据，收集数据还包括激光测距的间隔距离和水平方向的距离，在经过一系列运算后，计算出精准化的三维坐标，这就是三维激光扫描仪器的整个操作过程，其仪器主要是高精度的激光测距仪，再加上引导激光，将保持一定速度转动的发射棱镜固定。在应用三维激光扫描仪进程测量的过程中，通过激光测距仪进行激光发射，被测物体表面产生反射作用，计算观测点到测站点的距离，结合扫描仪测量对其水平方向和竖直方向进行一系列运算，最终得出高精准的三维空间坐标。在应用三维激光扫描仪进行检测时，需要注意的是，这种检测技术会受到环境因素的影响发生相应的变化，如行人、车辆等，尤其是矿区中存在大量的植被面积，这就需要结合实际的地形特点，及时制定科学合理的措施实施检测工作。三维激光扫描仪器效率高、精度准优点外，还具有检测更为直观和具体的效果。
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三、三维激光扫描仪在露天矿山测量中的应用
1. 矿区管理的三维立体化。一是建立了矿区地表的三维模型。通过该技术，我们可以为矿区地表三维模型的建立提供充分的数据信息，并扫描该地区相关的建筑设施，得到准确的点云信息，实现三维模型的建立。不同模型的相关属性由专用软件决定，为矿山管理提供准确信息，促进工作的发展。同时，索引目录也可以应用于已建立的模型，为需要查看的人提供了良好的方便，点击目录索引可以快速进入相关界面，从而提高了露天矿山的数字化程度。二是直观地显示露天矿区地下隧道条件。利用该技术，可以采集巷道的所有数据，对小变化进行精确扫描。然后通过建立三维模型，了解具体的点云数据，给出了响应巷道的具体情况。同时，巷道的实际工作可以实时掌握，从而实现露天矿区地下隧道情况的直观展示。通过该技术，对井下巷道的相关设施和设备进行了扫描，建立了相关的模型来了解井下巷道的具体情况。通信设备可以与此连接，及时了解其具体信息。在隧道模型的基础上，人员的具体位置可以在三维层面上，实际情况可以是掌握。并在此模型中确定了相关的监测装置。如果存在问题，我们可以提出相关的报警提示，实现立体可视化监控。通过这种模式，我们可以对员工进行相关的培训，这样我们就能更好的了解安全知识，达到更好的培训水平。采用这种技术露天矿山管理更加准确。
2.露天矿区Web 点云的浏览和量算。露天矿山点云信息的获取都可以基于三维激光扫描技术得以实现，运用该项技术搭载的照相设备，能够很好的采集矿山的纹理，通过专门的软件设备，对这些数据进行处理，形成Web 点云，反应矿山的实际情况。同时在网络技术的基础上通过三维形式对矿山的具体情况进行直观展现。Web 点云不但能以三维数据形式将矿山情况进行展现，而且还兼有具体的实景颜色。通过相关设备即可对露天矿山的具体情况进行了解。同时其还有很好的量算作用，得出的结果非常适用。为露天矿山的精准化管理提供了很好的数据价值。
3.精确统计矿区开挖体积。通过该项技术的应用，能够很好的掌握露天矿的开挖情况，需要定时的对目标区域开展扫描工作，在有关数据的支撑下，使不同时期的数据在模型上能够直观的进行展现。然后叠加在一起进行研究，可以发现某一阶段的变化特征，精确的计算开挖体积，为矿山开采作业提供有利参考。由于矿山开采活动的不断破坏，产生了非常多的采空区，存在相当大的安全隐患。给工作人员的生产作业造成很大威胁。通过三维激光扫描技术，就可以全面精准的了解这些采空区的具体情况，为有效地治理措施的制定提供准确的数据支持。采用该项技术，不仅无需与测量目标进行接触，而且能够实现很好的测量，避免了常规测量手段进行接触测量的弊端，降低了安全风险。在实践工作测量过程中有效的结合三维激光扫描技术与SSW 车载移动测量系统可提升露天矿山测绘工作效率。同时依照该项技术，可以对这些区域进行模型建立，这样对其具体情况会有更加深入的了解，掌握其实际变化情况，达到可视化监测，对露天矿山数字治理具有非常重要的作用。
三维激光扫描仪在露天矿山测量中的应用十分广泛，还具有高效率、高精准、直观具体等优点，节省了大量的人力物力，全面提升了工作效率。三维激光扫描仪打破了传统的扫描方法，是在GPS全球卫星定位系统后的又一项革新技术，通过获取大量的云点数据，投入到实际生产工作中，对实现煤矿企业的现代化具有重要意义。
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论文作者:吴志刚
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/24
标签：激光论文; 矿山论文; 扫描仪论文; 露天论文; 测量论文; 技术论文; 模型论文; 《防护工程》2018年第27期论文;