李江涛1 张娣2
苏尼特金曦黄金矿业有限责任公司1.2 内蒙古锡林郭勒盟苏尼特右旗 012500
摘要: 在矿山地质环境治理中，基于三维激光扫描仪技术在矿山地质环境治理中的应用，利用三维激光扫描仪获取矿山地质环境测绘大数据，助力生态矿山地质环境治理规划、构建三维矿山地质环境治理测绘体系，实现施工全过程质量控制，最终实现矿山地质环境有效治理。工程应用实例表明，测绘新技术、新产品的应用，有助于提高矿山地质环境治理水平和地质环境恢复治理率。
关键词：地质环境治理；三维激光扫描仪技术；测绘大数据；质量控制；治理率
0引言：
目前我国正在加大地质环境恢复治理力度，让矿山重新“披绿”，矿山地质环境治理成为矿山可持续发展的大趋势。运用测绘新技术，开发新产品，创新测绘地理信息服务，提高生态环境治理规划、监测分析水平，提高地质环境恢复综合治理率，为地区经济社会发展和生态管理提供基础测绘信息服务，已经成为历史必然，也是目前测绘界的主流研究方向。三维激光扫描仪技术作为一种新型测量技术，能够在不接触被测物体的基础上，高效、精准获得所需测量数据，并通过数据处理软件，建立矿山地质环境治理模型，实现治理数据可视化。在国外，澳大利亚的MAPTEK就以三维激光扫描仪技术为基础，运用三维可视化测绘技术，为提升矿山地质环境治理效果提供基础数据、模型设计、施工技术指导。为此，本文以三维激光扫描仪技术在矿山地质环境治理中的应用，阐述基于新型三维激光扫描仪技术在矿山地质环境治理工程中的应用，致力于提高技术人员在矿山地质环境治理工程中的工作效率和工程治理效果。
1三维激光扫描仪技术
激光扫描仪技术是测绘新技术的前沿代表，三维激光扫描仪技术具备数据扫描、数据处理的功能，可以实现直接从实体进行快速逆向获取三维数据及模型的重新构建；其通过激光扫描的新方式，快速获取三维点云数据及3D点云数据处理[2]；通过定向校正点云坐标，实现点云数据基准转化，再通过拼接等方式，实现三维激光扫描数据建模[3]。三维激光扫描仪技术以其高精度、高效率优势被广泛应用在各个领域中，并均取得了可观的应用效果。本文基于三维激光扫描仪技术在矿山地质环境治理中的应用，开展三维激光扫描仪技术在矿山地质环境治理中应用的具体研究内容，如下文所示。
2矿山地质环境治理测绘方法
2.1获取矿山地质环境点云数据
在矿山地质环境治理过程中，利用三维激光扫描仪技术，获取矿山地质环境点云数据。三维激光扫描仪采集矿山地质环境基础点云数据的具体流程为：首先，采集矿山地质环境治理区域离散点，圈定矿山地质环境治理区域；再通过三维激光扫描仪，根据激光线方向设置合理的步长，获取矿山地质环境治理区域中的点云数据集合。在此过程中，对于三维激光扫描仪步长的确定可通过计算的方式加以体现，设三维激光扫描仪步长的表达式为y，可得公式（1）。
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公式（1）中，y2指的是激光线方向第二个矿山地质环境离散点的投影长度；y1指的是激光线方向第一个矿山地质环境离散点的投影长度。通过公式（1），得出三维激光扫描仪步长，在此基础上通过曲线拟合的方式拟合三维激光扫描仪步长下获取的矿山地质环境点云数据，假定矿山地质环境点云数据与三维激光扫描仪步长存在曲线方程关系，利用方程式可实现矿山地质环境点云数据综合获取，设此过程的目标函数为，可得公式p（2）。
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公式（2）中，F表示矿山地质环境点云数据瞬间切向量坐标；X表示二个矿山地质环境离散点之间的距离；G表示三维激光点云搜索最大范围；Z表示三维激光扫描角度。通过公式（2），可实现基于三维激光扫描仪获取矿山地质环境点云数据，为后续构建三维矿山地质环境治理指标体系提供基础数据。
2.2构建三维矿山地质环境治理指标体系
在基于三维激光扫描仪获取矿山地质环境点云数据的基础上，构建三维矿山地质环境治理指标体系。本文通过三维激光扫描仪技术保证矿山地质环境点云数据的非自由处置性，为了有针对性的实现矿山地质环境治理，绘制三维矿山地质环境治理指标体系[4]。三维矿山地质环境治理指标体系示意图，如图1所示。
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图1三维矿山地质环境治理指标体系示意图
在图1中，轴表示向下方向的纵轴；轴表示三维激光扫描仪发射的激光线；轴指的是向上方向的横轴。通过图1可知，矿山地质环境点云数据能够在三维矿山地质环境治理指标体系中自由分布，以此得到三维矿山地质环境治理指标体系。
2.3定向校准矿山地质环境治理点云数据
完成构建三维矿山地质环境治理指标体系的基础数据采集后，基于露天坑的闭坑治理特殊地形治理难度高的问题，为进一步精准获取矿山地质环境测绘地理信息数据，还需要定向校准矿山地质环境点云数据[5]。定向校准矿山地质环境点云数据的具体流程为：首先，用MAPTEK配套预处理软件输入实际坐标，生成三维坐标文件，确定校准矿山地质环境治理点云数据所在坐标格网的方格；其次，定向校准矿山地质环境治理点云数据。定向校准矿山地质环境治理点云数据的方程式，如公式（3）所示。
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公式（3）中，U(X,Y,Z)表示经过定向校准处理的矿山地质环境治理点云数据坐标格网平面上的三维点；T表示对原矿山地质环境治理点云数据的一种操作，其定义在三维空间领域。通过公式（3）可以定向校准矿山地质环境治理点云数据，提高矿山地质环境治理数据的精度[6]。最后，通过拼接的方式，过滤剔除不合格矿山地质环境治理点云数据，按比例尺展出，实现三维激光扫描数据建模。
2.4实现矿山地质环境治理
根据校准后的矿山地质环境治理点云数据，建立三维可视治理模型，开展生态矿山地质环境治理规划设计；利用三维扫描仪技术，提供更加灵活、便捷、高效、智能、精准的工程测量服务，解决地质环境治理工程中的施工控制、工程验收、沉降位移监测等问题；实现规划设计到工程治理实施的全过程参与，从而提高矿山地质环境治理工作的整体效率和提高治理率，最终实现矿山地质环境治理。
3工程应用
3.1工程概况
工程对象选取苏尼特金曦公司I号带露天坑地质环境治理闭坑工程项目，该工程项目位于苏尼特金曦公司矿区中部I号带历史遗留露天坑，该区域采矿权范围内资源储量已经开采完毕，基本信息包括：历史遗留采坑地表境界挖损面积26000平方米，坑底挖损面积2390平方米，分三个开采台阶，台阶标高分别为1273米、1260米、1248米，坑底标高1238米，采坑平均采深36米，坡面角约在32°-50°之间；废石堆场占地面积13800平方米，分为三个对方台阶，台阶高度10-15米，堆放边坡角平均约为60°；斜井工业场地占地面积3340平方米，包括有井口、绞车房、空压室、发电室等附属。治理工程对历史遗留采坑进行全盘治理，主要工程为回填、表土剥离、削坡、整形、覆土等。治理后达到对历史遗留采坑不稳定边坡、斜井工业场地、采坑崩塌地质灾害隐患点的治理效。工程项目中要按设计要求完成高边坡的削坡治理及回填整形，对现场施工技术指导、工程计量提出了很高要求。
3.2工程应用
3.2.1原始数据采集及处理
利用三维激光扫描仪，对地质环境治理区域进行了原始数据工作。在原有矿区测量控制网基础上，对遗留采坑进行全数据扫描，扫描方式采用固定架站式，扫描共用时2小时，总计扫描了11站，人员2人；扫描区域共计3个，包括遗留采坑，斜井工业场地和废石堆场。扫描区域总面积约7万平方米，超过300万个点云数据。对扫描后得到的点云数据进行定向校准、点云拼接、区域选定、数据过滤、模型创建、要素提取等数据处理工作。
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处理后的点云数据和工程模型，为后期地质环境治理工程规划、治理设计以及工程验收提供数据支撑。
3.2.2施工过程质量管控。利用扫描仪三维数据可视化优势，对施工全过程进行工程质量管控。将各阶段施工数据与设计模型进行对比，得出施工质量报告数据，有效指导现场施工。
更新现状数据模型，分析施工质量，指导现场施工。根据更新的现状模型，可创建原始坡顶坡底线，创建实际和理想坡顶坡底线，从而分析治理区域实际施工与设计对比情况；可创建等高线、平行或者任意剖面提取断面数据，分析断面施工质量情况。
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采集表土剥离、削坡、回填等施工环节前后地形数据，对点云数据进行定向处理后进行要素提取，并根据治理工程设计模型境界线，圈定出施工区域及工程验收边界，创建两期三维模型，对三维模型进行削峰处理，删除数据模型出现的尖峰，然后对两期模型进行表面体积查询，生成体积报告，可准确计算出两期工程体积。
三维扫描仪技术在工程验收中可以实现测量数据高程基准的一致性，避免高程测量误差；另外其可以采集高边坡坡面点数据，能够更加准确表达物体形态，大大提高了工程计量精度。
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图6.两期模型对比 图7.两期表面体积计算
3.3工程应用结论
根据上述的工程实例，直观的体现出三维激光扫描仪技术在地质环境治理工作中的工作效率和效果优越性。三维激光扫描仪技术在矿山地质环境治理中可以快速采集地质环境点云数据，提高测绘作业工作效率；工程施工中可以实现工程质量可视化、全过程控制；说明基于三维激光扫描仪技术在矿山地质环境治理中的优越性和实用性，可以满足露天坑闭坑地质环境治理的实际需求，有助于提高矿山地质环境治理水平和地质环境恢复治理率。
4结束语
通过三维激光扫描仪技术在矿山地质环境治理中的应用研究，表明运用测绘新技术、新产品，有助于提高矿山地质环境治理水平和地质环境恢复治理率，在后期的发展中，应加大三维激光扫描仪技术在矿山地质环境治理中的应用力度。截止目前，国内外针对基于三维激光扫描仪技术的矿山地质环境治理方法研究仍存在一些问题，在日后的研究中还需要进一步对矿山地质环境治理的应用提出深入研究，为提高矿山地质环境治理的综合性能提供参考。
参考文献
[1] 于波. 三维激光扫描自动化监测系统在鞍山市东鞍山铁矿环境治理中的应用[J]. 装饰装修天地, 2019, 001(001):126.
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[3] 王志强. 无人机航空摄影测量技术在矿山地质环境治理中的运用[J]. 中国科技投资, 2019, 001(032):125.
[4] 陈清华, 柴铭, 杜赫,等. 基于激光扫描的三维数字露头表征技术在现代岩溶研究的应用[J]. 河南科学, 2019, 37(03):422-428.
[5] 赵辉, 黄娜. 地质环境治理中对三维激光扫描技术的应用[J]. 中国地名, 2019, 310(05):40-41.
[6] 陈爱云, 曾唯恐, 王哲,等. 基于三维激光扫描技术的危岩体特征快速识别方法及稳定性评价[J]. 水利与建筑工程学报, 2019, 017(006):60-64,176.
第一作者简介：李江涛（1990年7月1日）
性别：男
民族：满族
籍贯：内蒙古自治区赤峰市喀喇沁旗
职务/职称：工程师
学历：本科
单位:苏尼特金曦黄金矿业有限责任公司
研究方向:测绘新设备、新技术的的实践与应用
单位所在的省市:内蒙古锡林郭勒盟苏尼特右旗
邮编:012500
第二作者简介：张娣（1986年1月10日）
性别：男
民族：汉族
籍贯：安徽省舒城县
职务/职称：工程师
学历：本科
单位:苏尼特金曦黄金矿业有限责任公司
研究方向:测绘新设备、新技术的的实践与应用
单位所在的省市:内蒙古锡林郭勒盟苏尼特右旗
邮编:012500