摘要：金属矿山的开采技术要求较高，为保证开采质量，需实施精确测绘，以往常规测绘技术在环境较为复杂的矿山应用暴露出精度偏低、效率不高的缺点，故而目前正积极推广三维激光扫描测绘技术，其具有非接触、高效以及高精度等优势，能够解决许多测绘的问题，促进金属矿山开采专业化水平的提高。本文通过分析三维激光扫描技术系统的原理与基本结构，进一步探究了金属矿山测绘中三维激光扫描技术的实践应用要点，相关研究旨在推动采矿工作领域的良好发展。

　　关键词：三维激光扫描技术；数据处理；矿山测绘

　　在采矿领域快速发展背景下，协助采矿作业的先进测绘技术也在不断更新升级，以应对愈发复杂多变的矿山地形地质条件，对此，本文介绍了一种金属矿山测绘中应用价值较高的测绘技术。

　　1三维激光扫描技术系统的原理与基本结构

　　1.1技术原理

　　三维激光扫描技术是以激光测距为核心原理的新型测绘技术，在实践运用中，激光仪器会先对测量目标对象发射激光束，再通过扫描后折射回信号，从激光束发射到接收所耗费的时间能够得到精确相位差，从而依据差值来计算目标对象表面和仪器间距离，同时也协同相关角度测量的设备确定各单位具体坐标，即得到X，Y，Z形式的空间三维坐标。现阶段三维激光扫描仪器设备不断升级优化，因而一些高端设备还能在获取空间三维坐标信息的基础上采集点位反射率数据，再完整记录，能够使测绘工作的数据维度更为多元。扫描作业中需精准控制角度、速度，以保证对目标物的扫描做到无死角、全方位，且扫描不断进行时会生成海量密集的点云数据，这些数据间可相互拼接，最终形成三维立体模型，还原测量目标物体的位置、基本结构以及外形等。此外，三维激光扫描设备也包含相位式设备、脉冲式设备两种，前者可以在较短的距离内扫描待测物体，且精度较高，可以实施精细化测绘，后者则适合长距离和大范围的测绘工作场景，具有高效性特征。

　　1.2系统结构

　　以三维激光扫描技术为基础搭建的测绘系统适用于矿山测绘、地形测绘以及公路测绘等多类工作，相关测绘系统的硬件部分由基础电源、高清数码相机、后处理软件以及其他附属构件组成，软件部分则包括采集控制软件、数据处理软件、模型构建软件以及数据分析软件等。采集控制软件是在启动扫描装置时自动依据扫描进度获取测绘现场数据的专业软件，能够保证实时点云数据的顺利采集，但也需人员监测并调整，确保区域数据信息的完整；数据处理软件则是可整合多个扫描站点的数据，再通过滤波实施去噪，能够协助测绘人员准确、快速处理大量测量数据，提取最有价值的部分；模型构件软件则具有网格生成、曲面拟合等功能，可以将原本离散的数据集中到一体，从而搭建起三维立体模型，还能可视化展示；数据分析软件则可基于测绘工作需求，深入分析模型中的各类点云数据，为资源管理或安全管理提供依据。

　　2金属矿山测绘中三维激光扫描技术的应用优势

　　2.1测绘精度较高

　　与传统测量手段相比，三维激光扫描测绘在精度方面体现出优势，其可以稳定获得毫米级别甚至精度更高的测绘数据结果，如采用相位式三维激光测量仪器对中短距离的小范围矿区测量后发现，其精度可控制在±3mm之内，甚至可清晰捕捉到矿区的地形些微起伏，把控边界位置的走向，同时也能精准获取巷道内的复杂结构信息，为矿山的开采规划、作业设计以及安全防护等作业带来很大帮助，更能依据测绘信息来提出可靠决策。

　　2.2测绘效率较高

　　三维激光扫描技术能够使金属矿山测绘工作效率大幅提升，比如，在数据的采集方面，可以在极短时间内获取大量点云数据，只需发射激光扫描，就可每秒获取数万或数十万点位的数据信息，与以往常用的全站仪测绘技术比较来看，三维激光扫描的测绘效率也具有一定优势。比如在上万平方米面积的矿山开采区域测绘工作中，三维激光扫描仪器只需要几小时就能完成全部测区的数据采集，且不限于单点测绘，缩减了工作时间，使矿山测绘的进度加快，为开采作业提供便捷。

　　2.3可以实现非接触测绘

　　许多金属矿山的地势复杂，还有许多存在危险隐患的待测区域，人为测绘方式无法顺利到达，而三维激光扫描技术可以在不接触目标物的情况下，利用无人机设备从高空到达待测区域，顺利完成测绘的基本任务，体现出较强的实用性，比如矿山的采空区顶板存在塌陷隐患，再加上内部可能汇聚各种有毒有害的气体，导致人员进入该区域完成测量时会面临较高危险，还有山区的高陡边坡位置，由于地形极为险峻，无法架设支持仪器稳定测量的脚手架，也造成测绘困难。面对这些情况，三维激光扫描技术则可在保持安全距离的情况下，远程发射激光完成扫描测绘，获取到较为完整和详细的三维数据，无需人员到位危险区域，也避免干扰测绘区域的目标对象。

　　2.4利于数据全面获取

　　三维激光扫描技术在金属矿山测绘中，获得的点云数据具有较为丰富的内涵，其不仅包括区域地物最为基础的三维坐标数据，也包括颜色数据、表面反射率数据等，这些多维度数据信息可以为后续矿山多样化运用数据提供帮助。比如矿山分析地质基本构造以优化开采方案时，能够解读表面反射率信息，识别具体的地质类型、构造特点，为地质深入勘探奠定良好基础，而颜色数据则可以对矿区不同地物的材质进行区分，借此来辨别复杂矿区的围岩位置、矿石位置等。

　　3金属矿山测绘中三维激光扫描技术的实践应用

　　3.1工程项目概况

　　某金属矿山工程项目处于山地区域，开采的主要矿产为紫金矿，整个矿区的实际测绘面积高达42000m2，区域内的地势整体呈现南高北低，平地位置和山岭之间的连接位置垂直度极高，部分位置甚至接近90°,海拔区域的差距显著，在地势较为陡峭的矿区，附近覆盖的植被也较多，受到环境因素和地形因素影响，导致测绘工作面临很大挑战，传统GPS-RTK测绘的技术手段难以实施。该矿区的开采时间较长，因此也广泛分布着采矿区，若安排人员实地测量也无法进入，在外业作业方面的安全隐患较高，对于测绘控制会耗费大量人力和经济成本，故此次研究决定采用三维激光扫描技术进行测绘。

　　3.2开展外业数据采集工作

　　通过三维激光扫描技术测绘金属矿山工程以绘制地形图的工作中，先要规范采集外业数据，选定矿山内一处较为空旷且适宜无人机起飞的地区，确保场地的安全好平整，随后布置测绘控制点，以保证无人机按照既定线路飞行，搭载扫描设备实现数据的全面采集，进一步校正相关模型，控制点与要与标靶球连接，以保证扫描范围的全面，此次测绘的无人机飞行重叠度设置为25%，保持相对匀速分析，且期间速度尽量控制在8m/s左右，搭载的激光扫描设备设定视场角处于0°~360°范围，频率参数为550kHz，所选设备经过性能的比对与综合评估，确定精度、扫描范围都适宜该工程，其精度控制保持在±2mm左右，扫描的最大距离范围约为200m，且每秒可以扫描的点位高达50000点，为保证数据采集更加准确，期间也搭配使用全站仪设备，对扫描控制点的高程、平面坐标优化校准，扫描测绘中人员也要随时检查数据信息情况，以免有异常错误问题，减少重测作业、测绘中由于矿山地势较为险峻，为避免数据因细小误差造成解算结果欠佳，对于复杂地形、植被覆盖较为茂密的区域安排无人机人工操作停留片刻，确保点云数据的获取更加完整，最后也操作无人机由原路线返回到采集的起飞点，形成闭合的数据采集环路，三维激光扫描时也应密切关注数据的质量和扫描具体进度，确保无异常反射或遮挡问题，若遇到局部点云数据采集缺失情况，则立即安排对应点位的补测工作。

　　3.3进行点云数据的规范处理

　　金属矿山在完成三维扫描的数据采集工作后，就需进行点云数据的规范处理，通过搭建的处理系统完成拼接配准、去噪清洗、抽稀精简以及建模等操作，由于整个金属矿山在扫描后获取到的海量点云数据，再加上其处理流程颇为复杂，导致该环节耗费时间也比较多，通常为外业数据采集的2倍～3倍时间，最终处理的数据结果也需检查质量。点云数据处理的核心流程包括如下几点。

　　（1）数据拼接配准。通过专业软件处理点云数据，先将数据精准拼接，基于软件特点算法来识别控制点和标靶，再明晰扫描数据与其的对应关系，确定位置坐标，确保点云数据精准对齐，整个测绘区域内的点云数据模型要体现出无缝性和统一性，为避免配准拼接时出现误差，可以从多维度实施精度验证，如公共点的坐标数据多次比对再进行调整，最终配准拼接精度的平均误差不超过1.5mm，能够达到金属矿山测绘的高精度要求，为后续进行数据分析奠定基础。

　　（2）数据去噪清洗。点云数据在三维激光扫描测绘获取后，由于地表的信息具有多样化特点，导致部分数据不可避免受到环境干扰，产生噪声数据，降低了数据质量，比如电磁干扰带来的干扰、扫描仪设备本身系统误差干扰，都需进行处理，剔除异常点数据，以免影响后续数据信息的准确分析。可使用专业软件基于去噪算法来清洗数据，比如以统计分析为原理的数据去噪方式，会先对点云数据在空间上的分布特征深入了解，随后搭建数学统计的分析模型，该模型可以对整体数据的分布规律有效掌握，再依据规律特征找到不符合要求且离群的数据点，识别后将其从原始数据中剔除。去噪清洗时还应注意设置合适阈值，即超出阈值标准的数据全部为噪声点，可以及时剔除，且能够最大程度地保留数据中真实有用的信息，不过分破坏点云数据的完整度。

　　（3）数据抽稀精简。金属矿山工程项目三维激光扫描下采集到的原始数据十分庞大，后续无法开展数据分析、运输以及存储等工作，因此，可结合目标点云数据的特征实施数据压缩，通过抽稀精简的方式，使数据尽量保留关键信息内容，但同时也能降低密度，促进数据处理效率的提高。抽稀数据时需按照两种方法进行，一是依据特定曲率抽稀；二是均匀抽稀，前者是指根据物体表面反映的曲率特性来精简点云数据，可以保留测绘中的关键特征信息，后者则是按照一定比例，在点云数据空间内均匀抽取数据点，将剩下的冗余点去除，从而大幅减少数据量，一般是按照10%的比例抽稀，同时会重视保留关键部位的细节数据，如矿山边界位置特征信息、采矿巷道结构信息等，为开展高质量矿山测绘提供支持，本次研究项目根据实际需求最终选择了均匀抽稀的做法来精简点云数据。

　　（4）数据三维建模。经过前述环节的处理可得到质量更高的点云数据，最后则利用三维建模软件搭建金属矿山测绘模型。模型构建操作中先按照不同区域的地质与地物特征划分类别，同时基于分割算法来细致分划点云数据，比如与地形有关的数据划分为一类，其主要形成地形模型，而对于矿体特征清晰反映的数据要提取出来，可以对矿体的基本模型进行构建和挑战，采矿巷道区域的数据则也要专门划分为巷道局部模型的构建处理类别，整个模型还要实施插值、拟合处理，按照三维曲面的算法，使模型的呈现更为立体、细致，甚至可以直观展示矿体在地下空间中的走向、分布以及具体形态，为金属矿山地下矿藏资源的开采、勘探评估提供重要依据。

　　3.4有效绘制矿区地形图

　　三维激光扫描技术对金属矿山实施测绘，也可基于系统自带的解算功能对数据加以解析，从而完成矿区地形图的绘制。与三维建模类似，其先是将数据划分为多个子集，主要是将原本的大范围点云分割为多个小区域的地貌、地物点云数据，便于开展等高线区域的提取工作，通常数据切割时会按照多边形或矩形框图标准，再对照无人机测绘时摄像装置拍摄的实物图，对点云片面参数精细化挑战，保证矿山各高度的地物信息准确获取，分割后的数据信息导入专用软件中，先将孤立点数据去除，软件还会自动修复数据中的空洞部分并进行平滑处理，也可配合人工专业修复，以提高地形图的绘制质量，最终可获得地形的基本轮廓图，该图象中的部分轮廓可能存在离散度或直线，无法确保图像的贴合，对此可以基于最小二乘法来进一步实施拟合，以直线为例，拟合后可使到与其他点位间距离的最小平均值，从而时地物附近的轮廓线型更加清晰、贴合。目前直接通过三维点云数据绘制矿区地形图的单一成熟软件还未出现，但可以协同多种专业软件，处理地形图的各类属性信息，能够提高地图绘制的精度，对于大比例尺，如1：500比例的矿山地形图绘制有着很大帮助。工程项目的实践测绘中，对于高程数据信息的拓展还会搭建DTM文件，同时会结合曲线拟合的做法将等高线自动绘制而出。

　　3.5实施成果精度分析

　　为客观评定本次金属矿山项目测绘中三维激光扫描技术的测量水平，还要实施成果精度分析。先是要选定测区中的具有代表性的特征点、控制点坐标，这些点位的具体坐标实现利用全站仪设备进行了反复测绘和校准，其坐标值较为可靠，具有很高的准确度，随后将三维激光扫描获取的点云坐标数据与之对比，利用统计学方法解算得到高程、平面坐标的中误差参数，本项目的高程中误差值为2.7mm，平面中误差值为3.8mm，未超过标准，因此可判断其测量结果满足高精度测绘的要求。另外，此次搭建的三维模型与绘制地形图也要判断是否符合金属矿山实际情况，如可以分析模型中的重要部位，像是巷道断面的尺寸、采矿区的跨度，都可以到实地重新测量来验证，将三维模型的数据信息与实测值一一比较分析，从而有效判断模型的误差值标准，确认所构建模型的准确度极高，其中的数据可以用在矿山开采的计划设计、生产管理以及安全监控等领域。

　　4结论

　　综上所述，作为测绘行业的先进技术，三维激光扫描技术在金属矿山测绘中的运用体现出许多优点，其可以全方位、精准获取矿山的矿体、地形等数据信息，以确保其采矿作业更加高效、安全。由本文分析可知，金属矿山测绘中三维激光扫描技术的实践应用要点，包括开展外业数据采集工作、进行点云数据的规范处理、有效绘制矿区地形图、实施成果精度分析等。