3D激光扫描金属矿测量方法探究

摘 要：随着科学技术的不断进步，我国也逐渐开始运用3D激光扫描技术与相关的扫描仪器。3D激光扫描技术具备数字化、实时性、动态性、迅速性、精度高以及主动性等特点，还有利于迅速测量被测对象的三维坐标，具有极高的分辨率，而且非常适用于大面积的测量工作。本文主要探究了3D激光扫描技术在金属矿测量工作中的应用方法，仅供参考。

关键词：3D激光扫描技术；金属矿；测量

近年来，我国在采空区测量应用过程中开始运用3D激光扫描技术。由于在采空区中存在很多安全隐患因素，容易导致安全生产问题。而且，测量对象的构成都复杂，分布在地表的矿石与矿渣等的情况也比较复杂，过去的测量方式已经无法适应当前的测量需要等，因此金属矿行业的人们开始重视对3D激光扫描技术的推广应用。因为3D激光扫描技术具备数字化、实时性、动态性、迅速性、精度高以及主动性等特点，还有利于迅速测量被测对象的三维坐标，测量结果具有极高的分辨率，而且非常适用于大面积的测量工作。本文主要探究了3D激光扫描金属矿测量方法，详细内容如下。

1 3D激光扫描技术在金属矿测量工作中的方法分析

1.1 制定扫描方案，获取相关信息

根据黑色露天炭具备的10～15%之间的反射率，可知测距的最大值只能是450米。因此，应该设置多个站点来架设设备。经过考察，可以明确在六个视野比较广阔的地区安排设备，然后运用激光来扫描矿区。在每一个测试站中都应该利用近距离常规测量与远距离精准测量两种方式，常规模式运行一周所需时间是4分钟，精准测量运行一周所需的时间是12.5分钟。测试整个矿区的时间大概是2.5小时。如果运用两台全站仪，那么至少会花费两天时间能够完成测量工作。很明显，3D激光扫描仪的运行速度很快。

1.2 处理相关信息，从而创建三维模型

1.2.1 平滑扫描数据。这种方法可以促使点与点之间的距离变得均匀，会减小测量距离的误差；另外，平滑有两种类型，包括连续平滑与不连续平滑。其中，不连续的表面指的是，在比较远的距离上会呈现出具有前景的对象与相关的数据。但是连续的表面指的是，其中所有的电都位于其上方的平面。因此，不连续平滑都适用于灯柱与树等，连续平滑适用于墙等。

1.2.2 过滤数据。这种方法是运用孤点来实现过滤，应该注意的是过滤点的间隔菜单会出现指示，一般情况下人们都会选择2米。具体来说，就是如果在一个点的2米范围内没有其他的点，那么它会接受过滤，从而消失。然后，需要展开最小间隔的过滤工作。再具体的工作中，应该注意金属矿中的精度标准：20cm。这就代表着两点之间的最小距离应该是20cm。在选取预备过滤的软件时，还包括很多不同的方面。在实际操作过程中，应该按照具体情况和自身的需要来选取。然后，再对数据的修剪工作。具体的流程是全部删除没有作用的点，最后再过滤孤点，随后会形成点阵图，而且是彩色的。

1.2.3 平面三角化点云。在开展三角化工作的过程中，应该明确三角网的最大边以及最小角，还应该注意控制TTN的组织与精度。在创建表面模型的过程中，应该创建出两类形式：平面三角化与球面三角化。平面三角化指的是在X-Y平面中形成三角网，也相当于二维三角网，以此来形成激光扫描点。但是，如果获取的单个扫描数据具有比较复杂的组织特点，那么可以利用球面三角化的形式。以上是某一站中创建模型的流程。多站激光扫描数据应该进行坐标记录与修正，然后才能够创建多个站点中完整测区的模型。

1.3 坐标的登记与坐标的修正

基于当次激光扫描的是指测站不是在已知点上进行的，所以，被扫描出来的一幅扫描点云图的坐标系是任意的，利用它不能够直接的建立整个露天矿测区的模型，精确的将多幅点云图纳入到统一的坐标系，这种方法被称为坐标的匹配。

坐标的修正，是把点云纳入至地面测量坐标系统的方法。其操作过程是，与扫描区域附近或扫描区域之中的控制点设置标靶，进而使得相邻的激光扫描点云图上有3个以上的控制点标靶，通过对控制点进行的强制符合，就可以将相邻的扫描点云图统一至相同的一个特定坐标系之中，这被称为全局方式的坐标修正，这样可以有效的防止在进行坐标转换时的坐标转换误差的积累。而球形标靶，则是利用反射率比较高的材料做成的圆球，将其置于控制点之上，其球心可以通过矿山测量的坐标得到，在进行测量时，每个激光扫描站至少要扫描到两个以上的标靶球，在计算出标靶球的扫描坐标之后，按照三维坐标转换对其进行修正。

1.4 挖矿体积的测量原理

对矿体的体积量的计算，其原理非常简单。举个比较简单的例子，有一个碗壁很薄的碗，如果想知道它的容量，人们会先给碗盛满水，则碗身与水面所围成的体积就是该碗的容量。这时，一个人喝了一部分的水，如何计算这个人喝水的数量。实际上，就是喝水的前后碗体本身和水面围成的体积。而矿的每月挖方量的原理也是如此，就是本月与前个月矿体表面围成的体积。

1.5 金属矿开采量的计算的应用

为了测量工作的方便，可以将修剪、过滤和平滑统为修剪，而且每一次的测量全都进行了六站激光扫描。经过两种处理方法形成总点云，可以先坐标修正后修剪，也可以先修剪后坐标修正。每一个模型都可以计算“表面围成的体积”，被计算处理的体积是相对于基准面矿体范围内的体积。具体包括七次扫描工作计算出的挖方量和体积，其中，一月份的挖方量是前面利用全站仪测量建立DEM计算出来的。根据相关数据能够计算出该矿每月生产量都接近，说明该矿的生产稳定。

2 建立巷道的模型

在井下的测量中，3D扫描仪依然可以投入使用。3D扫描仪器可以自由的设站，同时也能够倒立或倾斜。在对地下巷道进行测量工作时，可以在每个巷道的交叉口设站，只要输入后视点和测站的坐标，等到数据被导入软件之后，进行数据的平滑、孤点过滤和最小间隔的过滤，然后手工进行坐标修正。因为在进行测量的时侯输入了矿山坐标系控制点坐标，因此在进行匹配时，只进行高低移动就可以了。有了三维模型，就可以查询巷道的等高线模型、表面和容积等。

结束语

在非常复杂的测量工作中运用3D激光扫描技术以及扫描仪器，具有绝对的优势。同时，3D激光扫描技术具备数字化、实时性、动态性、迅速性、精度高以及主动性等特点，为金属矿区的测量工作提供了便捷。然而，3D激光扫描仪器的价格比较高，这会增加扫描工作的投资成本，因此，3D激光扫描技术的运用还需要进一步的研究。

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