矿山测绘中三维激光扫描技术的应用研究

矿山测绘中三维激光扫描技术的应用研究

朱政锟

锡林郭勒盟山金白音呼布矿业有限公司    内蒙古自治区    026300

摘要：随着矿业生产的不断发展，矿山测绘工作的重要性越来越凸显。作为一种新兴的测绘技术，三维激光扫描技术在矿山测绘中具有广泛的应用前景。通过对三维激光扫描技术的研究和应用，可以为矿山的勘探、开采、治理和管理等方面提供可靠的数据支持，提高矿山勘探和管理的效率和精度。

关键词：矿山测绘；三维激光；扫描技术；应用研究

1三维激光扫描技术的原理

三维激光扫描技术是一种基于激光反射原理实现的测量方法，可以快速、准确地获取物体表面的三维几何信息。其原理是利用激光发射器向目标物体表面发射激光束，然后通过接收器接收反射回来的激光，再利用计算机对激光点云数据进行处理，从而重建出目标物体的三维模型。三维激光扫描技术的实现需要使用一系列设备，包括激光发射器、接收器、扫描仪和计算机等。其中，激光发射器用于向目标物体表面发射激光束，接收器用于接收反射回来的激光。扫描仪用于控制激光束的扫描方向和速度，实现对物体表面的全方位扫描。计算机用于处理和重建采集的激光点云数据。在实际应用中，三维激光扫描技术通常采用两种扫描方式，即时间飞行（TOF）扫描和相位差（PS）扫描。时间飞行扫描利用激光脉冲在空气中的传播速度和反射回来的时间差计算出距离，从而得到物体表面的三维点云数据。相位差扫描利用激光脉冲的相位差异计算出距离，同样可以获取物体表面的三维点云数据。三维激光扫描技术的精度和效率受多种因素影响，包括激光器功率、扫描仪分辨率、采样密度以及物体表面的反射性质等。在实际应用中，需要根据具体场景选择合适的设备和参数，以获得最佳的扫描效果。

2三维激光扫描技术在矿山测绘中的应用

2.1数据收集与计算

数据收集是矿山测绘中应用三维激光扫描技术的第一步，数据的质量和准确度对后续计算和分析结果起到直接影响。数据收集可以分为前期准备、现场操作和数据后处理三个阶段。在前期准备阶段，需要进行场地勘察，确定测量范围、数据密度和测量精度等参数。同时，还需确定数据收集的时间和地点，并制定安全措施。在现场操作阶段，需要设置和调试设备，保证其准确性和稳定性。在进行数据收集时，还需要对设备进行标定，确定其内外参数，以确保数据的准确性。同时，需要进行数据处理，去除噪声和无用数据，保留有价值的信息。在数据后处理阶段，对采集到的数据进行处理和分析，得出三维模型或点云数据。数据处理方法主要包括数据对齐、点云配准和点云融合等。

在矿山测绘中的计算过程主要包括点云数据处理、三维重建和数据分析三个方面。首先，点云数据处理是对采集到的点云数据进行清洗和处理，去除噪声和无用数据，保留有价值的信息。点云数据处理包括数据滤波、数据分割和数据分类等步骤。数据滤波是对点云数据进行滤波处理，去除噪声和无用数据，保留有用数据。常用的数据滤波方法包括高斯滤波、中值滤波和基于统计学的滤波等。数据分割是将点云数据分割成不同的区域，以便后续处理。常用的数据分割方法包括基于平面拟合的分割、基于曲率的分割和基于区域生长的分割等。数据分类是将点云数据按照类型进行分类，以便后续处理和分析。常用的数据分类方法包括基于形状、颜色和纹理的分类。三维重建是将采集到的点云数据重建成三维模型。三维重建方法主要包括基于点云和基于影像的两种。基于点云的三维重建是通过对点云数据进行表面重建，生成三维模型。常用的基于点云的三维重建方法包括网格重建、多边形化和几何重建等。基于影像的三维重建是通过多张影像进行三维重建，生成三维模型。常用的基于影像的三维重建方法包括三角剖分、图像匹配和体素重建等。

2.2建立矿山三维立体模型

数据采集。构建矿山三维立体模型的第一步是进行数据采集。三维激光扫描技术是一种非接触式测量技术，通过激光器将激光束照射到矿山内部结构上，并记录每个激光束照射点的位置和反射信号强度，最终生成点云数据。为了得到准确、全面、高质量的点云数据，需要注意以下几点：点云密度越高，模型的细节表现越好。因此，在采集点云数据时应该根据需要选择合适的扫描分辨率和扫描角度，确保采集到的数据点密度足够；点云数据的质量直接影响后续处理和分析的准确性。因此，在采集点云数据时应该注意避免重叠和缺失，尽可能减少干扰因素的影响；数据标定是指对扫描设备进行校准，确保采集到的数据准确无误。在采集点云数据前，应该对扫描设备进行标定，校准扫描仪的位置、方向和参数等信息，确保采集到的点云数据与实际矿山内部结构相符。

点云处理。采集到的点云数据需要进行处理，以去除噪声、补洞、滤波等，保证点云数据的准确性和完整性。常用的点云处理方法包括：点云数据中可能会存在一些噪声点，影响后续处理和分析的准确性，去噪方法包括基于距离的去噪、基于法线的去噪、基于聚类的去噪等；点云数据中可能存在一些缺失或空洞，需要进行补洞处理，以保证点云数据的完整性，补洞方法包括基于网格的补洞、基于边缘的补洞等；点云数据中可能存在一些离群点或异常点，需要进行滤波处理，以去除干扰因素，滤波方法包括基于统计的滤波、基于曲面拟合的滤波、基于网格的滤波等。

三维模型重建。经过点云处理后，就可以进行三维模型重建了。三维模型重建是将点云数据转化为三维立体模型的过程，主要包括以下几个步骤：将采集到的多组点云数据进行配准，以获得全局一致的点云数据；将点云数据转化为网格数据，以方便后续处理和分析；将多个网格模型拼接起来，形成一个完整的三维立体模型；对模型进行修整，包括填补孔洞、削减多余部分等，以获得更加精细的模型；为模型添加纹理信息，以提高模型的真实感和表现力。

2.3GPS测绘技术

三维激光扫描技术能够迅速获取矿场现场的三维点云数据，但由于激光扫描的限制，不可避免地会出现一些数据缺失或误差。在这种情况下，GPS测绘技术可以弥补这些缺陷，提高测量精度和数据完整性。因此，将GPS测绘技术与三维激光扫描技术相结合应用，可以更全面、准确地获取矿山地形和地貌信息。获取基准点：GPS技术可以获取用于矿山测量的基准点，为三维激光扫描技术提供了空间坐标参照系，增加了数据的精确性和可靠性。精确定位：通过高精度的定位技术，GPS技术可以将三维激光扫描获得的点云数据进行定位，使数据更加精确和准确。验证数据：GPS技术能对三维激光扫描获得的点云数据进行验证，识别出其中的误差和不完整数据，并进行修正和补充，提高数据的完整性和精度。完善数据：结合三维激光扫描技术获得的点云数据，GPS技术可以对数据进行补充和完善，例如在缺少数据的区域进行补充测量，使地形地貌信息与实际情况相符，提高数据的真实性和可靠性。矿山管理：将GPS技术与三维激光扫描技术结合应用还可用于矿山的管理和运营，例如利用GPS技术对矿山设施进行实时监控和管理，结合三维激光扫描技术获取的数据，可以提高矿山设施的运营效率和安全性。

3结语

随着矿产资源逐渐枯竭，矿山的勘探、开采、治理和管理面临越来越大的挑战。作为矿山勘探和管理的重要环节之一，矿山测绘对于矿山的可持续发展具有重要意义。然而，传统的矿山测绘方法已经无法满足需求，因此需要引入新的技术手段。作为一种新兴的测绘技术，三维激光扫描技术在矿山测绘领域具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]林高峰.矿山测绘中三维激光扫描技术[J].世界有色金属,2022,(23):22-24.

[2]赵慧.地质测绘中三维激光扫描技术的应用[J].内蒙古石油化工,2022,48(09):94-96.

[3]刘培坤.三维激光扫描技术在地籍测绘中的应用[J].工程技术研究,2022,7(18):194-196.

[4]洛桑.矿山测绘中三维激光扫描技术的应用探讨[J].中国金属通报,2022,(08):195-197.