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三维扫描技术在矿山动态监测中的应用彭超超

发表时间：2021/7/19 来源：《基层建设》2021年第12期作者：彭超超

[导读] 对矿山持续动态监测，可以适时掌握矿山资源储量保有、开采变化情况和变化原因，促进矿山企业珍惜和合理利用资源，促使采矿权人认真执行国家有关法律法规和资源政策、技术经济政策

        湖南省地质测绘院 421001
        摘要：对矿山持续动态监测，可以适时掌握矿山资源储量保有、开采变化情况和变化原因，促进矿山企业珍惜和合理利用资源，促使采矿权人认真执行国家有关法律法规和资源政策、技术经济政策，对矿产开发坚持“大小、贫富、厚薄、难易”兼采，合理高效利用资源，为矿产资源储量登记统计、矿产资源补偿费征收和矿业权评估等提供依据，促进矿产资源的合理开发和有效保护，规范矿产资源开发秩序。鉴于此，文章论述了矿山动态监测中对三维激光扫描技术的应用，旨在可以为行业人士提供有价值的参考和借鉴，进而更好的为行业的发展助力。
        关键词：三维扫描技术；矿山执法；动态监测；应用

        前言：一般情况下，在矿山储量动态监测过程中，通常采用野外调查的方法，即利用全站仪采集数据和信息，业内处理采用南方Cass，按照最优结构曲线断面积分储量原则，得到矿山储量数据。通过使用全站仪等一批设备，检测矿山储量，通常需要根据特征点依次进行采集，有很多重复测量步骤，且效率不高，难以方便、高效地完成矿产资源储量的测量工作。三维激光扫描技术的更新和推广，可以解决之前的测量方法的不足，进而能够更好的智能化动态监测矿山储量。
        1概述
        矿山动态监测是指应用多种技术手段、多个时段和多源数据对矿山一个开始周期时间内矿山空间变化进行的监视与探测。是按统一的技术规定、标准、要求定期对矿山开采单位开采的矿产资源进行监测、检查管理，准确的核实该矿山矿产资源储量，了解矿山企业矿产资源储量变化情况原因，在矿山执法监察中督促矿山企业有效保护与合理利用矿山矿产资源。
        如今，矿山动态监测采用的是传统的测量方法，即GPS无棱镜全站仪。这些方法在塌陷区等特殊地形下难以有效测量。使用三维激光扫描仪既能以十分高的分辨率收集数据，且也可得到三维数据，所以，与其他的测量方法相比，则会生成更加精准的数字高程模型。与传统的GPS+无棱镜全站仪测量方式相比，具有更高的运行效率和显著的优势，不但实现了外业人员的作业强度的降低，也保证了作业的安全性。
        三维激光扫描仪使用的三维激光扫描技术又称实景复制技术，是继GPS技术之后测绘领域的一次技术革命。其对传统单点测量方法进行了突破，利用对激光测距原理的有效应用，通过对被测矿山边坡表面大量密集点三维坐标、反射率和纹理信息的记录，它能快速重建被测目标的三维模型和线、面、体等多种地图数据，具有高效、高精度的独特优势。该技术可提供三维点云数据来扫描矿井坡面，并能密集获取目标物体的大量数据点，最后得到高精度、高分辨率的数字地形模型。与传统的单点测量相比，三维激光扫描技术是从单点测量到表面测量的革命性技术突破。三维激光扫描仪包括数码相机、三维激光扫描仪、电源及附属设备等，利用非接触式高速激光测量，最终得到了地形或复杂矿山边坡图像数据和几何数据。
        2三维激光扫描仪对浏阳金盘岭矿业有限公司动态监测中的应用
        在该项目中我单位采用三维激光扫描仪。该仪器扫描视角320°×360°，扫描速率为101.6万点/秒，最高分辨率0.1mm，精度为0.2mm。在外业工作中首先用三维激光扫描仪对浏阳金盘岭矿业有限公司矿体山坡体进行扫描，每次观测按地形需要架设5-10站不等，每次架设均采用已知点后视定向观测，每站测量12分钟，平均采集碎部点550万个，采集到的矿山坡体表面各部分的空间位置信息是以GPS控制点为基准。从激光脉冲到物体表面的时间可以得到物体到扫描中心的距离，且扫描控制模块控制并测量每个激光脉冲的水平扫描角度α 与垂直扫描角β，之后，处理软件将被测点相对三维坐标自动解算出来，并将其转换成绝对坐标系中的三维模型或三维空间位置坐标。
        最后，采集到的点云数据及图像数据使用处理软件进行处理，并转换成绝对坐标系下的空间坐标或模型，并通过多类不同的格式进行输出，以对空间信息数据库数据源及不同应用的需要进行充分满足，内业数据处理中涵盖了两部分：点云数据处理(导入、去噪、拼接、拼接精度检核、抽稀、输出)，输出数据去噪、线划提取、图符编辑、制图输出。首先点云数据的处理采用Z+F Laser Control软件进行，对采集的单站点云数据进行预处理去噪，根据点云数据生成公共面片，使用软件的拼接功能将相联系的测站区域进行拼接，软件自动进行精度检查，保证两站间的拼接精度控制在1mm以内，从而完成两站的数据拼接。依次进行，得到完成的实景三维点云数据。
        收集矿区原始地形地质图与终采境界图。将收集到的图纸进行扫描，利用GIS软件进行矢量化，形成数字化成果。基于数字化成果，建立矿区原始DSM模型与终采DSM模型。

        通过对比不同时期的数据，分析计算得出浏阳金盘岭矿业有限公司矿山开采矿体及矿山实际变化情况。由于三维激光扫描仪架设的基准点是GPS加密控制点，采集到的每一个数据都避免了人为误差，使数据相比传统测量手段测得的数据更为精准，计算得到的矿山体积变化量也更为精准。而且精度指标满足了监测精度要求。
        3 技术特点
        通过此次项目的比较与传统测量、摄影测量等测量方式相比较，三维激光扫描技术有明显的以下优点。
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