三维激光扫描技术在露天矿测量中的应用

ＳｅｒｉａｌＮｏ．６１２Ａｐｒｉｌ２０２０现　代　矿　业ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ总第６１２期２０２０年４月第４期 周兆巍（１９９１—），男，助理工程师，０１４０１０内蒙古包头稀土高新区曙光路１６号。

三维激光扫描技术在露天矿转台测量验收中的应用周兆巍　盛晓雅　洪国敏　周志刚（包钢集团矿山研究院） 摘　要　作为新兴的测量技术手段，三维激光扫描技术突破了传统的单点测量方法。

基于三维激光扫描仪的工作原理，介绍了三维激光扫描技术在测量中的应用流程及数据处理步骤。

以某大型露天矿转台测量计算方量为实例，构建三维实体模型，快速获得转台方量，并与传统的全站仪测量高程点构建ＴＩＮ方法计算方量进行分析比较。

结果表明，相比传统全站仪传统测量方法，三维激光扫描技术点云数据更精确直观，提高了作业效率，更具优势，在矿山转台验收测量中具有较好的推广价值。

关键词　三维激光扫描技术　三维模型　点云数据　精度分析ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４ ６０８２．２０２０．０４．０１４ 某大型露天铁矿是包钢的主要矿石生产基地。

该矿山采用公路铁路联合运输，露天矿转台是运输系统的中间环节，有利于提高设备效率和节约生产成本。

根据生产实际需要，设有９座矿石转台。

转台每月的验收测量结果将真实地反映矿山开采情况以及衡量开采量，因此，尽可能减少测量误差，提高采场验收的精度，对于矿山生产具有举足轻重的作用。

三维激光扫描技术是测绘领域继ＧＰＳ技术之后诞生的又一次技术革命，又被称为实景复制技术［１ ３］。

本次主要以６＃转台作为研究对象（图１），运用三维激光扫描仪进行数据扫描和内业算量，并与传统测量方法测量结果进行数据对比，以验证三维激光扫描技术的精度。

图１　某大型露天采场６＃转台位置１　三维激光扫描仪工作原理简介传统的全站仪主要是单点精确测量，难以满足建模中的数量、速度以及精度的要求。

而三维激光扫描技术利用激光测距原理（图２），激光发射器发出激光脉冲信号，经物体表面漫反射后，沿相同的路径反射传回到接收器，可以计算目标点Ｐ与扫描仪距离Ｓ，控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值θ，应用三角函数计算Ｐ点相对坐标为Ｘｐ＝Ｓｃｏｓθｃｏｓα，（１）ＹＰ＝Ｓｃｏｓθｓｉｎα，（２）Ｚｐ＝Ｓｓｉｎθ．（３）图２　扫描仪测量的基本原理采用ＭａｐｔｅｋＩ ＳｉｔｅＸＲ３三维激光测量系统进行测量。

无人机载三维激光扫描技术在露天矿山测量中的应用摘要：传统露天矿测量通常依靠全站仪或RTK采集矿山剥落剖面拐点坐标，进而表征露天矿特征。

测量精度低，表征数据量小。

该方法构建的三维模型精度低，主观性大，严重影响了计算结果的质量。

另外，由于露天矿采场范围大、生产效率高，测量任务势必十分繁重，传统手段测量效率低下已难以满足露天矿目前快速测量的要求。

因此，为了快速获取全面、准确的露天矿数据信息，满足露天矿高效、高精度测量的要求，有必要采用更先进的测量技术进行露天矿测量。

关键词：无人机载；三维激光；扫描技术；露天矿山测量；应用引言三维激光扫描技术的出现从根本上改变了大家对于矿山测量的认知，弥补了传统测量方法在露天矿山测量过程中所暴露的测量效率低、准确性差等问题。

采用三维激光扫描技术可实现露天矿山的实景复制测量，不仅具有非常高的测量精度，而且大大提升了测量效率，获得的信息也非常全面，最重要的是其时效性显著提高。

无人机载三维激光扫描技术作为三维激光扫描技术与无人机技术的深度结合，进一步拓展了三维激光扫描技术在露天矿山扫描中的适用性，特别是针对露天矿山海拔高易受雾气影响、境界范围大测量工作较难开展及境界落差大对设备性能要求较高等特点，该项技术可较好地满足测量要求，高效获取露天矿山全面而精确的测量数据一、研究露天矿产测量技术的意义露天矿山开采与地下矿井开采相比，露天矿开采的成本和难度较低、效率高、危险因素低等特点，现阶段露天矿也是我国金属矿产类的主要开矿形式。

盲目的开采会导致资源浪费严重，不符合低碳经济发展的策略。

因此通过加强露天矿产测量技术研究，可以更加准确的掌握整个露天矿区的地形特点以及矿藏分布特点，结合其他学科的技术，既可以保护矿产开采的环境，又可以合理的规划开采的节奏;矿产在开采的时候往往需要爆破工作，在炸药孔的定位和安放都要结合精密的测量技术，从而才可以完成预期的爆破工作。

除此之外在，在矿产的正常开采过程中，还要实时的对露天矿坑进行变形监测，因为在开采的过程中必然会打破原本平衡的岩层，整个矿坑周围结构的稳定性下降，容易出现位移形变等情况。

简析三维激光扫描仪在露天矿山测量中的应用当前，在露天矿山测量中，三维激光扫描仪受到了广泛应用，受到人们极大的青睐。

本篇文章结合矿山的地质地貌，简要分析了三维激光扫描仪在露天矿山测量中的应用价值。

标签：三维激光扫描仪；矿山测量；应用一、三维激光扫描仪概述三维激光扫描仪是新形势下三维技术革新的一个重要成就，是在继承GPS 测量系统优势的基础上，又不断创新和加以改进的一种应用测量技术。

三维激光扫描仪用于检测物体表面，迅速收集三维立体点云数据，将获取的点云数据与三维数据处理软件相结合，创建可视化的三维模型，这种技术手段还被叫做“实景复制技术”。

（一）测量原理现如今，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。

（二）应用领域三维激光扫描仪突破了传统的测量方式，有效率高、精度准等优点，且不受时间空间的限制，在地形测量、道路桥梁、隧道、矿山等地质地貌中受到了广泛用。

结合三维激光扫描仪的特点，还可将该技术应用到古代建筑物或古代遗址的保护工作。

除此之外，三维激光扫描仪器的应用是十分普遍的，还能合理应用到电影制作、网络游戏、医疗服务等行业中。

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。

三维激光扫描技术在露天矿测量与变形监测中的应用摘要：本文分析了利用常规测量技术测量露天矿的缺点，并根据开采用户在外业测量及内业管理中的技术需求，探讨了三维激光扫描技术在露天矿测量与变形监测中应用的可行性。

关键词：测量;矿山测量;变形监测; 三维激光扫描技术1引言三维激光扫描技术是一种新的测量技术，是基于高密度点云数据进行体积计算的一种技术，它有效地解决了复杂的矿山开采区的测量精度问题，同时提供了可套合的全景影像数据，从而达到图像、数据和实际开采现状的高度一致，它能够在比较复杂和危险的现场和空间对被测物体进行多方位快速扫描测量，并直接获得激光点所接触的物体表面点的三维坐标、反射强度等信息，形成点云数据。

三维激光扫描技术为我们提供了矿山储量测量监测的重要技术手段，与常规矿山测量方法相比，具有外业采集数据点密集、精度高、速度快、成本低、安全系数高、管理方便的特点。

2常规露天矿验收测量手段的不足2.1露天矿验收测量方法（1）利用矿区已建好的基础控制网，采用全站仪与GPS-RTK相结合的方法，进行露天矿验收测量。

（2）对开采区域按《规范》要求进行露天矿采剥工程量计算。

（3）计算开采区域的矿体体积。

（4）测量成果的质量检验。

（5）图形编辑与修饰，并进行储量计算。

（6）提交图件和报表。

2.2常规测量方法中存在的问题矿山在开采过程中形成了凸凹不平的工作面，常规露天矿测量是在采区的范围内，选取一定的地形特征点，一定间隔距离进行数据采集，然后根据这些点来进行露天矿体积计算，因此，其测量成果的准确性主要取决于：采集数据点的点位密度、立尺点的位置、水区点位的准确度、火煤区点位的获取、测量死角区域点位密度等。

常规的露天矿验收测量方法存在以下不足：（1）理想的立尺点很难打到位。

对于平坦的露天矿开采面来说，立尺点很容易被采集到，特征点的数量方面也没有问题，但对于露天矿水区、滑坡区域来说，作业人员几乎无法到达，因此，要想获取特征点的位置和密度就很难完成。

三维激光扫描技术在露天矿山的综合运用摘要：随着矿山开采强度的逐步加强，针对露天采场采用全站仪、GPS等人工测量方式很难达到低劳高效的要求，基于Maptek XR3三维激光扫描仪及其配套的PointStudio软件，对华联锌铟矿区露天采场进行了数据采集、精度检验、填挖方计算与边坡监测，结果表明：三维激光扫描所得到的点云密度更大、数据更精确，可更好的满足露天边坡测量与监测的要求，可为露天矿山提供一种高效、精确的测量方式。

关键词：实景复制;点云色彩;精度；剥离验方；监测1引言在露天矿山中，采场的测量与验收工作往往需要测量人员通过全站仪进行数据采集，此项工作属于静态测量，不仅工作量较大、误差较大，而且存在一定的安全风险；在地下矿山中，巷道的变形和采空区的测量尤为重要[1]，传统的传感器监测法只能反映出几个单点的变形情况，不能直观的给出监测点间、面内、体内的变形。

三维激光扫描技术系统又称“实景复制技术”，是测绘领域继GPS技术之后的又一次技术革命[2-4]，测量人员可以在较安全的区域完成动态的数据采集工作，无需反射棱镜，对扫描目标物体不需进行任何表面处理，快速、可靠地采集物体表面的三维数据。

相对于传统的单点测量，三维激光扫描技术实现了面测量的技术突破，且其具有便携、采集速度快、非接触式、自动化程度高等特点，可用于解决危险目标、环境(或柔性目标)及人员难以企及的情况，因而近年来广泛应用于地形地质测绘、矿山测绘、矿山三维模型重构等领域。

将三维激光扫描技术同时应用于露天及地下矿山中，可实现对地上、地下构筑物的全方位监测与管理，还可根据点云数据再现矿山开采过程[5]，辅助测量人员实时掌握各区域的开采进度、开采程度以及变形情况，提高了矿山技术管理水平，为矿山测量的验收提供数据基础，为矿山的安全生产提供了保障。

借助Maptek三维激光扫描设备，对华联锌铟矿区露天采场进行了数据采集，借助Maptek三维激光扫描设备配套的点云处理软件PointStudio对收集的点云数据进行综合处理，基于处理的点云数据开展了露天边坡的填挖方量计算，并开展了三维激光扫描的露天采场边坡监测。

三维激光扫描技术在露天矿测量中的应用向洲发布时间：2021-06-28T17:17:51.557Z 来源：《基层建设》2021年第9期作者：向洲[导读] 摘要：三维激光扫描技术具有快速、非接触、实时、动态、主动等特点，具有密度高、精度高、数字化、自动化等特点，适用于露天矿山地表测量。

湖北省核工业地质局湖北孝感 432000摘要：三维激光扫描技术具有快速、非接触、实时、动态、主动等特点，具有密度高、精度高、数字化、自动化等特点，适用于露天矿山地表测量。

以露天矿的激光扫描数据为基础，建立了露天矿开采区域的三维高精度模型，为矿山设计、生产和数据动态管理提供了可靠的信息，为“数字矿山”提供全面、高精度的数据。

关键词：三维技术；激光扫描；露天矿测量三维激光扫描技术是在传统测量技术的基础上发展起来的一种新型扫描技术，又称“活体复制技术”。

随着我国露天采矿业的迅速发展，对采矿过程中遇到的各种地理要素进行测量是十分必要的。

露天矿测量过程中需要考虑很多方面，尤其是地质、地形、边坡、空间条件和各种管道测量，传统的测量设备效率低，不能安全高效采集露天矿工程的测量数据，也达不到准确表达露天矿真实情况准确表达的要求。

因此，应用三维激光扫描技术，将是一项新的技术突破。

一、露天矿测量的概念和主要目的露天矿测量是指在露天矿山设计和开采阶段，为了指导和监督而进行的一系列测量工作。

露天矿测量的主要内容是：建立矿区基本测量控制网，进行矿区工程测量，如地形测量、采场测量、线路测量，边坡稳定性监测、矿区矿体体积计算等，之后可计算矿区储量、绘制测量图、编制年度报告等。

利用矿山测量、矿山地质目录、矿山抽样检验等技术手段，通过对矿山地质资料的整理，对本年度采矿量、损失和资源储量的增减进行估算，编制年度矿山储量报告，并对本年度储量进行年度结算。

二、传统露天矿测量技术的缺陷2.1 测量精度差传统矿山测量技术的准确性主要取决于采集点的位置和数量。

对于露天矿来说，由于工作面不规则，且地表在开采过程中不断变化，露天矿的开采地表是复杂无规律的，其中许多地方人无法走到。

三维激光扫描技术在露天矿山测量中的应用【摘要】三维激光扫描测量能够在短时间内获取被测物表面三维坐标信息，相对于传统测量方法更加适用于露天矿山测量。

本文详细介绍了三维激光扫描的原理以及点云数据处理的方法和误差控制方案，并利用实际矿山测量案例说明三维激光扫描的作业流程以及成果。

【关键词】三维激光扫描；点云配准；露天矿山1 引言矿山测量是国家自然资源管理的重要手段，也是矿山动态监管的重要组成部分。

然而，由于露天矿山的地形非常复杂，利用RTK或者全站仪等传统技术手段获取矿山的精确三维信息非常困难。

很多位置测量人员难以到达，进行地形测量时，地形特征点的分布均匀度和密度往往难以保证，导致计算结果不准确。

并且露天采矿区多陡峭地形，不稳定山体等，对于测量人员来说安全隐患较大。

全站仪或RTK流动站采集数据都是点采集，测量效率较为低下，难以做到对矿山的动态监管。

传统矿山的测量方法的测量成果大多是平面图或表格形式，不能直观反映矿山的实际形态。

三维激光扫描是一种新型的非接触式空间信息测量技术。

三维激光扫描技术作为一种快速获取大面积点云数据的测量技术，为矿山测量提供了新的方向。

虽然三维激光扫描能够快速获取测量对象的表面三维坐标数据，但是由于矿山地形复杂，测量数据量大，在坐标系匹配、点云数据处理、三维模型建立、三维模型计算等方面需要进一步研究。

本文详细论述了三维激光扫描技术的原理以及后续的点云数据处理理论，并结合实际矿山测量的案例检验了测量方案的可行性和精度。

2 三维激光扫描技术2.1 三维激光扫描测量原理三维激光扫描技术能够在短时间内获取测量物大量三维数据，并且测量精度较高，因此在近景测量、文物修复、工业设计、变形监测等领域中得到了广泛应用。

三维激光扫描系统包括激光测距仪以及引导激光的反射棱镜。

激光测距仪通过主动发射激光然后接收被测物体反射的激光对其进行测距。

对于每一个扫描点到可以根据所测斜距以及扫描时的水平角计算出扫描点与仪器的三维坐标差，然后根据测站实际的三维坐标反算出扫描点坐标。

三维激光扫描仪在露天矿测量中应用摘要：露天矿测量(opencast survey)是在露天矿的设计和开采阶段，为指导和监督露天矿的剥离、开采等而进行的一系列测量工作。

主要涉及到:地形测量、采剥工程验收测量、边坡测量、排土场测量、管线测量以及各类零星测量等。

繁杂的测量工作、劳动强度大、环境因素复杂、不安全因素繁多，测量员面临极大考验，然而随着科学技术不断的发展，三维激光扫描技术的日趋成熟，常规RTK测量已经不能满足当前露天矿测量的效率和精度要求。

本文主要阐述相比常规的RTK测量手段，三维激光扫描仪在露天矿测量中的应用，并通过数据进行对比。

关键词：三维激光扫描；露天矿；RTK测量1.露天矿测量的主要任务和目的露天矿测量的主要任务是测定测量对象的空间位置，并根据实际测量数据和绘制的图纸来解决生产中所遇到的问题。

目的是通过矿山实测数据及地质资料整理，估算本年度矿山的有效开采量、平均损失量以及资源储量变化量，编制矿山储量年度报告。

二、实时动态测量(RTK) 原理及特点RTK定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时、实地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。

在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。

流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理。

流动站可处于静止状态，也可处于运动状态。

RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术。

三、露天矿实时动态测量(RTK)方法优点及缺点（一）露天矿实时动态测量(RTK)方法优点1、操作简单、机动性强西湾露天矿作为神延煤炭公司旗下子公司年产量高达1000多万吨，测量业务繁杂，随时接收零星测量任务。

常规测量时，只需新建工程文件，连接CORS 站显示固定解状态，平面及高程误差满足《规程》要求即可测量，真正达到了一人一杆。

2、定位精度高、数据可视化只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内，RTK对中杆保持直立下的平面精度和高程精度都能达到厘米级，且不存在误差积累，而且数据可以随时调用查看。