摘要：在矿山开采测绘工作中应用三维激光扫描技术能够有效获取相关数据，为矿山生产及相关决策制定提供有效依据，对于提升整体矿山生产效率具有重要意义。本文先对三维激光扫描技术原理和优势进行分析，再分析三维激光扫描技术的应用流程，并探究三维激光扫描技术在矿山测绘中的具体应用策略。

　　关键词：三维激光扫描技术；矿山；测绘；应用

　　目前的矿产资源市场需求不断扩大，相关开采力度也在加大，对于矿山工程而言，升级技术十分必要，这是提升开采效率和效益的必然要求。传统的矿山测绘方法无法满足现阶段快速变化的矿山工作需要，所以要加速新技术应用。三维激光扫描技术在矿山测绘有着很好的应用前景。在如今矿业生产的背景下，科技创新成为了推动生产力提升的关键因素。三维激光扫描技术，凭借其独特的技术优势，如高精度、高效率等，能够在矿山测绘工作中大放异彩。通过这项技术可以对矿山进行全面的现场扫描，不仅效率高超，而且精度极高。更重要的是，它能够迅速地将扫描数据转化为三维模型，这一功能无疑为矿山生产与管理提供了强大的技术支持和便捷的决策依据。

　　1地面三维激光扫描技术原理

　　地面三维激光扫描技术，这一新兴的测量技术，亦被称为“实景复制”技术，其工作机理依托于先进的脉冲测距法。此技术首先通过脉冲测距法精确地获取一个数值S，其内部装备的高精度时钟能够确保对编码器测量的每个激光光束的横向及纵向扫描角度观测值α和θ的严格监控。该技术还能记录扫描点的反射强度值。其内置的数码相机能够迅速捕获影像的实际信息，这些信息包括位置、颜色和大小比例等。最终通过一系列复杂的计算，确定扫描点的三维坐标值。而扫描仪所记录的如实体颜色、反射强度等详细数据，则为后续的云数据处理提供了宝贵的基础信息。系统内部坐标系统中，每一个扫描点的三维坐标都被赋予了独特的定义，这一定义确保了精确的空间定位。具体来说，X轴被设定在横向扫描面之内，它像一条横线贯穿整个扫描面，提供横向的位置参考。而Y轴同样被安置在这个横向扫描面内，却与X轴保持着严格的垂直关系，从而确保能够在二维平面内进行精确的定位。再就是Z轴，它与横向扫描面呈完全垂直状态，提供了深度的参考，使得三维空间的定位更为立体与准确。

　　相较于传统的测量技术，地面三维激光扫描技术展现了其独特的优势。传统的测量技术往往只能通过单点来获取信息，而此技术则采用了从水平到垂直的自动化步进式测量，从多个维度确保了测量的高精度。相较于传统方法，此技术所捕获的信息更为完整和精确。更为值得一提的是，三维激光扫描技术不受物体形状和大小的限制，即使面对复杂的、不规则的物体，也能轻松进行三维数据采集。在矿山测绘工作中，应用该技术能够迅速地对三维激光扫描得到的数据进行重组，从而准确地构建出物体的真实三维模型。

　　2地面三维激光扫描技术的特点和优势

　　三维激光扫描技术是一种先进的三维数据获取手段，它通过高速激光扫描测量的方法，大面积、高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。在矿山测绘领域，三维激光扫描技术展现出了极高的应用价值。三维激光扫描技术能够实现高精度的数据采集。与传统的测绘方法相比，该技术通过激光束对矿山表面进行密集的扫描，获取大量的三维点云数据，从而更精确地描绘出矿山的地形地貌。这种高精度的数据采集能力，对于矿山的规划设计、资源评估和安全生产等方面都具有重要意义。在进行矿山测绘时，无需与目标物体直接接触，即可获取其精确的三维信息。这种非接触性测量的方式，不仅提高了测量的效率和安全性，还能避免对传统测量方法中可能存在的人为误差。通过配套的软件系统，可以快速地对扫描获取的点云数据进行处理和分析，生成矿山的三维模型和各种相关的统计数据。这种高效的数据处理能力，使得矿山管理人员能够更快速地了解矿山的实际情况，为决策提供支持。地面三维激光扫描技术不仅技术先进，更有一系列独特的优势。根据其在实际应用中的表现，可以将其特点归结为四大主要方面：快速的扫描速度、强大的主动性、丰富的信息采集能力以及高精密度。

　　2.1高效的扫描速度

　　利用地面三维激光扫描仪对地面的某一实体进行三维信息捕获，可以显著节省测量和计算的时间。目前，此技术提供的两种扫描方式均展现出极快的测量速度。特别是脉冲式的扫描速度可以达到每秒五万点，而相位式的扫描速度更是高达每秒五十万点。这种惊人的速度极大地提高了地面实体的测量效率，确保了测量的及时性，并提供了准确的数据信息。

　　2.2出色的主动性

　　地面三维激光扫描技术在执行扫描测量任务时，能够主动发射测量信号，无需依赖外部的光源。这意味着即使在黑夜中，该技术也能顺利进行扫描测量，展现出强大的主动性和较少的操作限制。这一特点使得该技术能够满足24h不间断的作业要求，从而极大地推动地面测量工作的顺利进行。

　　2.3丰富的信息采集能力

　　地面三维激光扫描技术不仅能够精确获取测量物体的三维数据信息，还能同时采集到该物体的颜色信息、激光强度的反射信号等。这种“实景复制”的功能确保了相关工作人员能够获取到测量物体全面而丰富的信息。

　　2.4卓越的高精密度

　　地面三维激光扫描技术之所以受到业界的广泛关注和引用，其核心原因在于其高精度的测量能力。该技术能够实现高达3mm 50m的精度值。而对于单点的反复扫描，其精度值甚至可以达到1.4mm 50m，这无疑是该技术的一大亮点。

　　3三维激光扫描技术的应用流程

　　第一，通过三维激光扫描技术捕获所需信息，这一环节涉及地质详情、测量表面及矿山的精确位置等数据的采集。操作者需对矿山地质环境进行初步评估，此过程可依赖人工观察与深度分析。之后，必须遵循扫描设备的技术标准来进行设备配置，包括确定扫描区域、矿藏所在地及探测器数量等，以保证所获取的矿山三维坐标准确无误且内容完整。

　　第二，构建三维立体模型中，需要开展实地测量，对于目标矿山的三维数据和地质点位信息进行全面采集。再通过GPS系统的高精度定位功能应用，构建矿山的三维立体图像。

　　以此为基础，进一步构建三维模型，从而直观地展示矿山的整体形态。专业人员可以通过审视这些立体图像及三维模型，深入剖析矿山地质的延伸范围及生产环境的特性，为接下来的开采规划奠定坚实基础，进而保障矿山生产的安全与效率。

　　第三，三维激光扫描技术还可以用于搭建动态监控体系，通过对比实际测量数据与初始数据的差异，为监控采矿活动、掌握采空区状况以及计算开采量提供重要参考。这有助于推动矿山数字化综合管理的进程，进而提升矿山运营的效率和安全性。

　　4三维激光扫描技术在矿山测绘中的应用

　　4.1数据收集与计算

　　在矿山测绘领域，三维激光扫描技术的应用起始于数据收集这一步。这一步骤的精确性和质量对于随后的计算和分析而言至关重要。该过程可以被详细地分解为前期准备、现场实施以及数据后期处理三个主要环节。

　　在前期准备环节，重点是对测绘场地进行初步调查，明确需要测量的范围、数据的采集密度以及预期的测量精度等核心指标。同时，这一阶段也需规划数据采集的具体时间和地点，并制定相应的安全防范措施，以确保整体流程的顺畅无阻。

　　当进入现场实施环节，最主要的任务便是安装并调整扫描设备，确保其性能稳定且准确度高。在实际采集数据前，必须对设备进行精准的校准，确定其各项内外参数，这是确保数据精确性的重要步骤。在数据采集过程中，还需对数据进行即时处理，及时过滤掉噪声和无效数据，仅留存具有实际意义的信息。

　　数据后期处理环节则专注于对现场采集到的数据进行深度加工和分析。这一阶段涵盖数据对齐、点云配准以及点云融合等多项工作，旨在生成精准的三维模型或点云数据集。

　　而在矿山测绘计算过程中，关键是对点云数据处理、三维模型重建以及数据分析三部分进行把握。而点云数据处理的目的是对原始点云数据开展清洗和优化，包括数据滤波、数据分割和数据分类等关键步骤。这些步骤的目的是去除噪声和冗余数据，提炼出有价值的信息。

　　三维重建环节则是将经过处理的点云数据转化为直观的三维模型。这一过程可以采用基于点云或基于影像的方法进行。基于点云的三维重建主要通过表面重建算法生成三维模型，而基于影像的三维重建则依赖于多张影像的精确匹配和三角剖分等技术。

　　最后，数据分析环节是对收集到的数据进行深入挖掘和分析。这包括形态分析、体积计算和变形分析等多个方面。形态分析旨在揭示矿山内部结构的特征和规律，体积计算用于确定矿山内部物体的大小和数量，而变形分析则是对矿山结构变形的监测和评估。通过这些分析，可以更加全面地了解矿山的实际情况，为后续的开发和利用提供科学依据。

　　4.2建立矿山三维立体模型

　　构建三维矿山模型的第一步是数据收集。三维激光扫描技术在此过程中发挥着重要作用。它使用激光器将非接触式激光束发射到牙釉质中，同时记录每个激光点的位置和反射信号的强度，从而创建点云信息。为了保证数据的准确性、全面性和高质量，必须密切关注点云的密度，因为它直接关系到模型细节的表示。因此，在选择扫描分辨率和角度时，应根据实际需求进行，以确保数据点的密度满足建模需求。同时，点云数据的精确性对于接下来的数据处理与分析结果的正确性具有举足轻重的作用。为了确保数据的精准，数据采集的每个环节都不容忽视。在采集数据时，要竭力避免数据的重叠与缺失现象，因为这两种情况都会对数据的完整性和准确性造成影响。此外，还要尽量减少外部环境或设备自身产生的各种干扰，这些干扰都有可能对数据的纯净度造成破坏。

　　数据校准是一个不可或缺的步骤，它能够确保所使用的扫描设备在数据采集时的精度。在进行点云数据采集之前，必须对扫描设备进行一系列精细的标定，这包括对设备的位置、方向以及其他关键参数进行精确的设定和调整。这样做的目的是确保扫描设备所采集的点云数据能够真实反映矿井内部的精细结构。

　　当进入点云数据的处理阶段时，需要对原始的、最新的采集到的点云数据进行一系列的加工，这包括数据的去噪、孔洞的填充以及滤波等操作。这些处理步骤都是为了保证数据的准确性和完整性。具体来说，去噪操作就是剔除那些可能干扰后续分析精度的噪声点，常见的去噪技术包括基于距离、法线方向和聚类等方法。而孔洞填充则是针对数据中可能存在的缺失或空洞进行填补，以确保整个数据集的完整无缺。过滤用于去除点云数据中的异常点。

　　上述处理完成后，即可重建三维模型。该过程基本上将处理后的点云数据转换为三维模型。首先，在操作中，必须注册多个点云数据集，以保证全局数据的一致性。将点云数据转换为网络数据，以便于进一步处理和分析。其次，通过组合多个网格模型来构建完整的三维模型。随后，对模型进行了仔细的修整，以提高模型的精度，包括填充孔洞和切除多余的部分。最后，将纹理信息添加到模型中以增加其真实感和表现力。借助三维激光扫描技术，为矿山模型构建提供关键技术支持，为生产决策提供重要参考依据。

　　4.3应用思考

　　三维激光扫描技术通过非接触式测量，该技术能够迅速获取矿山内部结构的精确数据，为矿山的开采规划、安全生产提供有力支持。传统测量方法和设备在面对结构不规范、形状复杂或不规则的物体时，常常难以捕获全面准确的数据。特别是在进行剖面测量或多点高密度测量时，由于激光点云数据自带三维坐标且密度较高，操作难度较大。但这类数据的坐标信息可用来计算相关参数。同时，结合高分辨率影像设备，可以生成逼真的点云效果。

　　在矿山工程中，三维激光扫描点云数据处理技术得到广泛应用。该技术能实时导入扫描得到的点云数据和目标影像至系统设备，通过精确的配准，使影像和点云在软件中完美对齐。其中，激光点云数据是操作的核心，而叠加的影像则显著提升了整体视觉效果。但需注意，点云数量有限，若仅依赖点云数据进行分析和建模，可能会在某些细节，如结构拐角处出现偏差。此时，影像的像素能提供更为详尽的被测目标表面信息。

　　在实际操作中，操作人员可根据需求指定剖面的截取方向，利用软件的Profile功能调整点云方向，并在影像中精确定位剖面，从而获得清晰直观的剖面点云图。例如，在测量矿山中的矿柱时，若矿柱为圆柱形，所得剖面点云将呈现圆形，据此可绘制出矿柱在不同高度的剖面图，并利用圆心坐标计算矿柱的偏移量。若需测量矿山的线性特征，只需调整剖面方向即可获取相应点云数据。在获取剖面点云后，还可利用软件构建三维模型，实现被测物体的立体展示。

　　5总结

　　与传统的测绘方法相比，三维激光扫描技术应用能够显著提高数据采集的效率和精度，还能构建出真实感极强的三维立体模型，使矿山管理者能更直观地了解矿山的整体情况。该技术还可以应用于矿山的动态监测，及时发现潜在的安全隐患。将其应用到矿山测绘工作中，具有很好的应用效果，能够为矿山测绘工作效率提高和决策制定提供有效依据。随着技术的不断进步，三维激光扫描在矿山测绘中的应用将更加深入，这些对于矿山的可持续发展和安全运营都有重要促进作用。