摘要：本研究针对当前矿山地质测绘技术所遇到的精度问题，详细探讨了基于三维激光扫描的地质测绘精度评估系统。经过试验和比较可知，此策略可明显增强矿山地质测绘的精度，并且其应用潜力巨大。

　　关键词：三维激光扫描技术；矿山地质测绘；精度评估系统

　　随着矿山开采任务的日益繁重，矿产资源日益稀缺，地质测绘的复杂性也受到了地理位置和环境因素的制约，导致精度受到影响，引发资源配置不平衡的问题，造成资源浪费。为了优化测绘质量，地质工作者运用三维激光扫描方法构筑三维立体的坐标系统，以便更清晰地呈现出矿区的数据信息，加快测绘进程，并保障矿山开采的安全性，保障生产效益。通过使用矿山地质测绘系统，能够将手动操作过程转变为自动化过程，有利于增强测绘数据的运算、保存和检索的精度，并且能够为资源的合理配置和深入研究提供有力的科学依据。通过运用三维激光扫描技术以及矿山地质测绘的精度评估体系，能够有效减少测绘偏差，提高测绘精度，为矿产资源的合理开发利用提供有力的科学依据和技术支持，促进矿业可持续发展。

　　1三维激光扫描技术的应用原理及优势

　　1.1应用原理

　　在矿山地质测绘工作中，应用三维激光扫描技术能够获取检测对象在三维体系中的坐标，深入分析该技术的应用原理，将其分解为如下几个方面。

　　1.1.1测距方法

　　激光测距在激光扫描定位和三维信息收集等领域扮演着举足轻重的角色。在一般情况下，会采用多种不同的测距手段，其中最为常见的是三角法。这种方法以三角集合关系为基础，通过确定扫描中心和目标物体的距离，展现出其独特的优势。其测量的距离相对较近，非常适合进行近距离的测量观察。脉冲法则是通过比较激光脉冲信号的发出和接收的时长来估算待测物体的距离，其测量距离能够达到数千公里。目前，市面上所有使用的三维激光扫描设备都配备了脉冲测距技术，这进一步证明了它在测距领域的广泛应用。相位法则通过测量调制光信号在传输过程中的相位差来间接计算传输的时长，然后估计出测量的距离。这个技术的测量准确性达到微米级别，主要在医学研究领域中使用。

　　1.1.2测角方法

　　测角方法主要包括两种：①角位移测量法。此方法主要被运用于扫描设备的操控情形中。一般而言，扫描设备会使用步进电机作为推进器，并利用这种电机来调整角度与步数的距离，从而实现角位移的测量。这种测量方法具有高精度和高效率的特点，能够快速准确地获取物体的三维坐标信息。②线位移测量法。这种手段主要应用在扫描系统中。其主要构件包括光发射器和CCD元件。在三维扫描仪旋转的过程中，激光束会形成一个线性扫描区，然后CCD将会对这个区域进行位移的记录。通过和距离的比例来确定扫描的角度值。以上两种角度测量手段在三维激光扫描技术中发挥着重要的作用，为物体的三维重建提供了准确可靠的数据支持。

　　1.1.3数据获取

　　应用三维激光技术进行扫描时，需要用到扫描棱镜，并要应用伺服驱动装置对其进行操作，通过调节轴线来确定激光的发射路径，从而能够快速地进行脉冲激光的扫描。根据测量站和扫描点的地理位置和方向角度，能够精确地确定扫描点和测量站的坐标。在坐标体系中，需要预设待测点云的三维位置，并将XOY面视为横向扫描面。同时，Z轴需要与该扫描面形成垂直空间关系。在执行扫描任务时，需要估算激光穿梭的时长，并利用相位差来获取距离值。此外，还需要利用高精度时间钟来操作解码器，同时一起测量激光的横、纵扫描角，确定每一个点云的三维位置。

　　1.1.4定向

　　定向的目的是在扫描坐标系和大地坐标系之间进行数值转换。在进行坐标变换之前，必须首先确认中心坐标的位置，然后以此为依据进行公共点坐标变更，从而得出每个坐标系里的转换参数。

　　1.1.5点云数据处理

　　首先，需要进行配准处理，即把许多的三维点云信息整合到相同的坐标系中，这种操作能够被划分为两种类型，即带有特征的点与没有特征的点。尽管使用特征点配准方法的过程相对简洁，但它导致点云数据的获取并不全面，从而无法真实地展示出被测物的空间特性。而无特征点的配准方法利用原始点云数据完成，无需依赖外部操作。其次，进行建模。通过将三维建模与坐标系内的点云数据相结合，进行三维模型的重建，实现对待测物在三维空间上的还原。目前，一般会使用激光扫描软件来对点云数据的模型进行重建，基于图像处理工具以及相关策略进行建模，有利于提高模型的还原程度。最后，需要利用平面投影完成提取工作，得到特征线。二维矢量数据提取技术在当下具有较高的应用普及度，具体操作包括：①创建平面；②切分点云信息；③应用点云数据（和平面垂直）投影，得到特征点；④基于特征点提取特征线。根据实践应用结果进行分析，该提取技术的作用价值非常高，不但能够简化点云模型的重建难度，节省大量的时间，并且能迅速且精确地收集到特定平面区域的点云数据信息。

　　1.2应用优势

　　三维激光扫描仪所展现出的优势在于其迅捷、主动、数字化、非接触性、准确性和密集性。相较于传统的单一度量手段，三维激光技术在以下三个领域中的表现十分突出。

　　首先，如果处于非接触的情形下，人工测量方式并不是最佳选择，由于实地环境的复杂程度高，必须进行实地测量，应用人工法会极大地提高测量难度。但是，通过应用三维激光扫描技术，并结合其无接触的特点，能够在避免空间干扰的同时高效地完成数据收集。

　　其次，三维激光扫描设备快速地把采集到的空间位置数据以及物品的表面特征信息，传输至软件端。在测绘工作中利用这一技术方法，比如，进行断面体积测定，在相对较短的时间里完成测定，有利于提高测绘工作的灵活性和实时性。

　　最后，三维激光扫描仪在采样速率方面的表现也远超一般技术。

　　2矿山地质测绘精度评估系统的总体设计

　　2.1硬件设计

　　2.1.1扫描装置

　　一般而言，三维激光扫描技术的实施依赖于三维激光扫描仪。扫描仪的类型繁多，应根据具体的需求和操作环境做出恰当的选择。本文选用IL-3DER型号的三维激光扫描仪，它的特点是具有高度的可视性，并且扫描范围宽，因此非常适合用于矿山地质测绘项目。

　　2.1.2超声波传感器电路

　　在硬件设计中，应用对数波增强技术设计电路。这种技术能够使设备输入信息的处理范围进一步扩大，同时还能够控制工作电平的最低值，使其达到输入噪声。在对数变换的作用下，输入信号能在短暂时间内从微不足道的几微伏飙升至数伏，此外，还能影响高分贝的动态输入信号，使其得到进一步压缩。在进行区域检查时，传感器接收端的灵敏度不佳，对此，可辅助应用前置放大器，有效防止信号在传输过程中产生反射。此外，低噪声放大器的运用也在信息处理过程中发挥了关键作用，有效抵御噪声侵扰。

　　传感器电路的结构中无极性电容的耦合信号被传输到INPUT1和INPUT2，并与接地电阻共同构建了滤波器。另外，也在各个电源区域配备了贴片，以便进行电容的封装。为避免控制信号影响到传感器的信噪比，应优先考虑采用具备灵活调整阻值功能的电位器，有效阻止其进入放大器。

　　2.2软件设计

　　2.2.1三维数据库

　　三维数据库在数据管理和保存方面发挥着至关重要的作用，此外，它还是评估测绘精度的关键依据。在设计软件阶段，必须全面搜集地理测绘数据等信息，并对其进行综合整理，制作出一个完备的地理剖面图，之后将相关数据传至数据库。此次软件设计中建立的数据库中的数据均源于地质调查信息，在设计时，需要将相同坐标初始化，梳理矿山地质构造与体检的关联性，并确定它们的具体约束条件。接着，对图像和局部视图进行修改，最终将这些视图融合在一起，以更加详尽和生动的方式展示出地质环境。最后，输出数据。结合上文阐述的方法设计三维数据库，并且要确保地质测绘数据得到充分利用，这样有利于相关工作人员深入了解矿山地质实情，同时也能够在施工阶段创造良好且安全的环境。

　　2.2.2三维立体模型

　　构建三维矿山地质模型，能够更为直观地展示出矿山的内在结构，为测绘工作者提供便捷获取矿山相关信息的途径。在构建过程中，借助计算机和图像创作工具，将三维模型转换为直观的展示形式，并运用三维数据化方法，方便技术人员对数据进行解读和应用。在创建模型阶段，首先需要明确矿山的具体坐标位置，在进行坐标变换的过程中，必须时刻确保数据的精准度不受任何影响。此外，通过运用参数化的几何形态，将地质矿体展现得淋漓尽致。同时，借助拓扑信息，还能揭示出更深层次的矿体特征。在此过程中，要精准获取地质特征，例如等差线和边界线等重要信息。在抽取过程中，需灵活选择合适的提取方法。最后，通过研究纹理和颜色的变化来勾勒出矿山的地貌轮廓和主脊线，同时利用自动生成技术来提取封闭的边界，有利于控制误差范围。

　　2.2.3三维点云数据精度

　　在矿山开展地质测绘工作时，需要保障获得的测绘数据的准确性。为了评估单点、内符合及外延伸精度，需要对点云数据进行加工处理。在测试单点定位时，需要利用三维扫描技术测量坐标，以数据信息为依据，通过定位接收器完成接收定位，进而完成评估。此外，还需要对数据进行外延伸精度分析，以判断数据误差是否在正常范围内。

　　3三维激光扫描技术的应用流程

　　3.1地质数据采集

　　野外调查作为地质资料采集的关键环节，需根据实际情况划分调查区域，并设立多个观察站。为确保数据采集的准确性，每个观察站之间的距离应保持在50m以下，同时观察站的数量调整至5个～30个之间，以避免因地点选择不当或数量不足导致的数据误差。在矿山地质测绘过程中，激光测量技术的应用相当普遍。测量员明确了测试点位和仪器配置后，会按部就班地执行以下操作：对摄像头进行校准、安装三维激光扫描器、与电脑链接，并确定测量位置的相应参数。接下来，把3D激光扫描器安置在比控制区域更高的地方。三维激光扫描仪会不断地扫描。通常情况下，扫描周期设定为12min。然而，若扫描仪与被测物体的距离过远，则需相应延长扫描周期。

　　3.2数据处理

　　在数据处理阶段，工作人员可运用专业软件对接物体形状，并完成坐标转换、植被筛选和多点调整等工作。通过这些处理，将搜集到的数据信息融入预先确立的目标模型中，构建出特定形状的模型。这种方法广泛应用于矿山地质测绘任务，能够确保数据处理的精确度和模型的可靠性。虽然三维激光扫描仪具备GPS的特性，但是，在进行坐标变换过程中，其数据采集的精确度仍然受到一定的限制。对此，工作人员需要采用其他技术手段进行弥补和优化，以确保数据的准确性和可靠性。

　　通过采用全波形的数字化技术对植被进行过滤处理，创建出地面和地下结构的等高线图，这对于消除地面干扰具有积极意义。当对多个站点进行调节时，可使用RiScan、Pro等软件来拼接和拟合多张图片，以此来解决边缘绘制的难题。

　　通过图像匹配技术的运用，将采集的数据成功导入同一坐标体系中。这样，有利于在此体系内发掘更为丰富的资料，为定性研究、目标设计以及遥感实践创造更多的有利条件。经过处理后，能够对矿山的地质图、空间数据、特征数据、空间实体关联以及相邻图像的连接等进行精准的修改与优化。

　　3.3测绘成果精度评定

　　由于仪器设备、人为以及现场环境等因素的综合影响，矿山地质测绘结果往往不佳。根据调查结果分析，三维激光扫描技术的应用范围小，借助该技术得到的测绘结果无法充分展现出矿山的整体地质情况。在应用相应的仪器设备开展测绘工作时，要加强对测量精度的检验，及时总结测绘工作中发生的误差，并且要设法减少或者消除误差。首先，采用点云特征点的模拟与提取技术来评估平面的绝对定位准确性，并利用强迭代策略减少拟合偏差。其次，通过点云切片来测量平面的相对位置精度，比较并分析物体的横向长度以及它们之间的距离。最后，评估地形图的地理精度，并通过人机交互方式对获取的三维点云数据进行检验。重复不符合精度标准的编辑，如更改地理符号。

　　4案例分析

　　为了更好地检验前面所述的三维激光扫描技术在矿山地质测绘精度评价中的应用是否成功，并且确保该系统的正常运作，在这里特进行了实验论证。对比传统的测绘系统和本文提出的系统，重点分析二者的测绘精度差异性。

　　Z是指的是精密性，X为单次测绘值，Y代表平均值。在此次研究中，主要进行了五次重复性对比测试，得到的结果如下：第一次测试结果显示，传统系统以及本研究设计的系统的精度分别为77.43%、89.24%；第二次测试结果显示，二者的精度分别为73.25%、91.47%；第三次测试结果显示，二者的精度分别为85.59%、95.32%；第四次测试结果显示，二者的精度分别为81.95%、88.37%；第五次测试结果显示，二者的精度分别为81.14%、94.26%。由此可见，本文提出的系统精度更高，两者相比平均测绘精度相差10.7%。本文所提出的系统具有极高的数据精度，其优点显而易见，同时其数据结果没有太大的变化，相对稳定。

　　5总结

　　综上所述，本文在阐述了三维激光扫描技术的基本原理和其优势后，从硬件以及软件两个角度设计了基于该技术的矿山地质测绘精度评估系统。之后简要介绍了三维激光扫描技术在矿山地质测绘中的应用流程，最后，通过实例分析证实了该系统的优越性，希望能够对相关从业人员的工作有所帮助。