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摘要：进入二十一世纪以来，我国社会及科学技术的发展，建设绿色矿山在全国范围内开展得如火如荼，实现矿山数字化是绿色矿山的重要组成部分，新形势下构建矿山三维可视化模型依然成为矿山技术人员迫切需要完成的任务。通过对搭载三维激光扫描技术的移动式三维激光扫描仪和全站式三维激光扫描仪在某中型铜矿井下的应用，阐述了两种方法的优缺点及适用范围，为矿山井巷工程构建三维可视化模型提供参考。
关键词：三维激光扫描仪;测量原理;露天矿山;测量数据
高新技术和自动化设备是矿山智能化的基础，也是提高矿山生产效率、经济效益的重要手段。矿山智能化发展应从小范围、分专业入手，努力提升区域智能化技术水平，而采用长测距三维激光扫描仪进行露天矿山测量是探索矿山区域智能化发展道路之一。随着三维激光扫描仪硬件及软件的发展和进步，“实景复制”技术在矿山测量，尤其是长测距三维激光扫描仪在露天矿山中的应用前景广阔。目前城门山铜矿在智能化矿山建设中引进澳大利亚Maptek公司最新研发的I-SiteXR3CT长距离三维激光扫描仪，为矿山智能化建设提供基础数据和模型，通过探讨三维激光扫描仪测量方法、程序和采剥工程验收，为该设备在露天矿山其他工程上应用提供参考。
1地面三维激光扫描技术应用的具体步骤
由于在具体的测量过程中，三维激光扫描技术需要对扫描的数据进行采集与处理，数据采集的主要功能是对扫描测量的数据进行收集，在测量的过程中，需要对区域的平面数据、空间数据、地面高程数据等进行测量;而数据扫描的方式主要有三维激光逐步扫描的技术与标靶坐标扫描技术两种方式，在不同测量环境中，只有大型的建筑施工需要进行多站扫描测量来完成大型的三维图像生成，在扫描完一个模块之后，然后与其他模块进行拼接，形成一个完整的结构图形，为了保证每一个模块的扫描数据能够拼接，需要设置标靶的数量，在获得标靶数据的空间位置，然后再进行多站扫描图的拼接。由于不同的工程对施工的精度具有不同的要求，在进行激光扫描时，需要确定精确扫描的精确度，要工程施工的标准相一致，尽量减少因设置标准不同而带来的二次扫描。通过对地面三维激光扫描的工作流程可以看出，通过扫描后产生的数据比较强大，需要大量的数据存储空间，采用传统的测量工具是无法对数据进行在线处理的，只有将大量的云点数据导入后，利用软件工具进行处理，然后再制作地面图形。采用三维激光扫描工具，可以直接对数据进行处理，结合地面特定软件，将地面特征表示出来，得到地面的三维数据，在完成后的三维图像后，根据地面的个别特征，进行个别化处理，最终形成地面的三维扫描模型，采用三维激光扫描技术可以快速获取地面的数据与三维图像，大大提高工程施工的效率。
2露天矿山测量实践应用
2.1数据处理
现代矿山测量工作的数据处理已经完全交付相关电子软件进行处理，本案例中采用Maptep公司出品的数据处理软件———点云处理软件PointStudio，为主要的数据分析软件，结合数据匹配策略、噪点过滤功能、建模功能、放量计算、结算校核等相关内容。数据匹配是将不同站点数据进行坐标匹配，由相对坐标转化为绝对坐标，借助三维激光扫描仪的测量模型，以内部罗盘定位以及外部控制网控制点约束设备的测量模式。其中外部控制网控制点测量模式较为精准，定位准确，不需要大量的数据匹配，就可以完成相应的数据测量。激光扫描仪借助噪点过滤技术，可以将其他无关内容进行有效过滤，同时还能够降低测量数据的影响效果，进而实现测量数据的有效性。不同的过滤技术所产生的差异性同样较大，特别是对应的科学算法也存在巨大的差异性。结合现代智能化过滤模式，对具有一定特征的过滤群体可以实现智能化过滤模式，相关矿山测量工作技术人员，需要对过滤后的影像数据与过滤前的影像数据进行对比和分析，从而进一步确定过滤内容的有效性。三维激光扫描仪数据对比，是对当前测量模型的具体状态进行分析，以三维立体模型为主要对比内容，利用计算机将地表数据以模型的形式呈现，同时对模型进行削峰处理、填洞、三角网编辑等操作，利用凹型地表进行球面建模，结合特殊地点位置进行复杂数据的提取和分析，最终形成地表模型。在方量技术以及结构表达过程中，对2期的数据进行科学统计处理，尤其是借助PointStudio点云处理软件中的基准模式、计算模型、边界参数等相关内容，计算出二者的挖填方量。
2.2移动式三维激光扫描仪
移动式三维激光扫描仪，该仪器具有SLAM技术，主要解决从未知环境的未知地点出发，针对空间不确定性在运动过程中通过重复观测到的地图特征，定位自身位置和姿态，再根据自身位置增量式地构建地图，从而达到同时定位和地图构建的目的，该设备主要由手持探头、采集器两部分组成，有效测距30m，测量范围270°*360°。该设备的外业操作非常简单，根据测量任务确定测量路线，开机初始化后，由单人按照正常步行速度往返行走，即可完成测区点云数据的采集工作，扫描全过程可无任何控制点。内业需要运用专用解压软件Geo SLAM Hub对扫描点云数据进行解压，即可获得高密度的井巷工程点云数据，然后将扫描的点云数据导入数据处理软件Cloud Compare進行点云数据查看、抽稀、降噪、剪切、漂移点的处理以及手动拼接等等一系列操作，最终得到地下矿山整体空间点云数据，最后将点云数据导入Geomagic Control建模软件对点云数据进行降噪、删除体外孤点、封装、简化以及网格修复等等一些列的优化实现逆向建模，完成井下工程实体模型创建工作。
2.3三维激光扫描技术在矿山测量中的应用
目前，在我国的城市化发展与建设中，一些翻修工程与保护工程项目等都需要进行精密数据检测，如果采用传统的测量工具进行测绘数据，往往与实际效果相差比较大，在数据完成之后，还需要进行人工调整才能满足要求，才能降低测量的图纸与实际测量数据之间的差距。而在古建筑修复方面，由于结构变形比较严重，建设时间比较长，采用常规的矿山测量手段难以完成，增加古建筑物修复设计的难度，同时也会影响着修复施工的进度。采用地面三维激光扫描技术，可以快速对古建筑内部空间进行全方位扫描、分析与测量，并能够按照建筑物结构变形的情况，制定有效的检测与分析，制定高效的修复方式，从而提高矿山施工的效率，降低维护成本。
结语
通过某中型铜矿井下实际运用表明移动式三维激光扫描仪较适合运用于短距离工程或者相对隐蔽、独立工程三维可视化模型的获取，如溜井、采场以及矿堆立方量计算等等;全站式三维激光扫描仪较适合运用于长距离中间无较大变化工程的三维可视化模型获取，如运输巷道、斜坡道工程等，两种测量方法均可获取满足当下高精度数字化矿山井巷工程三维可视化模型，两种测量方法数据融合效果更佳。总之，三维激光扫描技术在矿山平稳、高效、安全生产中将发挥巨大作用。
参考文献
[1]蔡璋，罗来林，谭清燕.探讨长测距三维激光扫描仪在露天矿山测量中的应用[J].铜业工程，2020（01）：35-39.
[2]赵海往，皮廷亮，刘永富.三维激光扫描仪在露天矿山测量中的应用探究[J].世界有色金属，2020（04）：24-25.
[3]杜志强，石强，董兆江，等.基于地面激光扫描的矿山三维建模关键技术[J].地理空间信息，2013，11（6）：23-26.
关键词：三维激光扫描仪;测量原理;露天矿山;测量数据
高新技术和自动化设备是矿山智能化的基础，也是提高矿山生产效率、经济效益的重要手段。矿山智能化发展应从小范围、分专业入手，努力提升区域智能化技术水平，而采用长测距三维激光扫描仪进行露天矿山测量是探索矿山区域智能化发展道路之一。随着三维激光扫描仪硬件及软件的发展和进步，“实景复制”技术在矿山测量，尤其是长测距三维激光扫描仪在露天矿山中的应用前景广阔。目前城门山铜矿在智能化矿山建设中引进澳大利亚Maptek公司最新研发的I-SiteXR3CT长距离三维激光扫描仪，为矿山智能化建设提供基础数据和模型，通过探讨三维激光扫描仪测量方法、程序和采剥工程验收，为该设备在露天矿山其他工程上应用提供参考。
1地面三维激光扫描技术应用的具体步骤
由于在具体的测量过程中，三维激光扫描技术需要对扫描的数据进行采集与处理，数据采集的主要功能是对扫描测量的数据进行收集，在测量的过程中，需要对区域的平面数据、空间数据、地面高程数据等进行测量;而数据扫描的方式主要有三维激光逐步扫描的技术与标靶坐标扫描技术两种方式，在不同测量环境中，只有大型的建筑施工需要进行多站扫描测量来完成大型的三维图像生成，在扫描完一个模块之后，然后与其他模块进行拼接，形成一个完整的结构图形，为了保证每一个模块的扫描数据能够拼接，需要设置标靶的数量，在获得标靶数据的空间位置，然后再进行多站扫描图的拼接。由于不同的工程对施工的精度具有不同的要求，在进行激光扫描时，需要确定精确扫描的精确度，要工程施工的标准相一致，尽量减少因设置标准不同而带来的二次扫描。通过对地面三维激光扫描的工作流程可以看出，通过扫描后产生的数据比较强大，需要大量的数据存储空间，采用传统的测量工具是无法对数据进行在线处理的，只有将大量的云点数据导入后，利用软件工具进行处理，然后再制作地面图形。采用三维激光扫描工具，可以直接对数据进行处理，结合地面特定软件，将地面特征表示出来，得到地面的三维数据，在完成后的三维图像后，根据地面的个别特征，进行个别化处理，最终形成地面的三维扫描模型，采用三维激光扫描技术可以快速获取地面的数据与三维图像，大大提高工程施工的效率。
2露天矿山测量实践应用
2.1数据处理
现代矿山测量工作的数据处理已经完全交付相关电子软件进行处理，本案例中采用Maptep公司出品的数据处理软件———点云处理软件PointStudio，为主要的数据分析软件，结合数据匹配策略、噪点过滤功能、建模功能、放量计算、结算校核等相关内容。数据匹配是将不同站点数据进行坐标匹配，由相对坐标转化为绝对坐标，借助三维激光扫描仪的测量模型，以内部罗盘定位以及外部控制网控制点约束设备的测量模式。其中外部控制网控制点测量模式较为精准，定位准确，不需要大量的数据匹配，就可以完成相应的数据测量。激光扫描仪借助噪点过滤技术，可以将其他无关内容进行有效过滤，同时还能够降低测量数据的影响效果，进而实现测量数据的有效性。不同的过滤技术所产生的差异性同样较大，特别是对应的科学算法也存在巨大的差异性。结合现代智能化过滤模式，对具有一定特征的过滤群体可以实现智能化过滤模式，相关矿山测量工作技术人员，需要对过滤后的影像数据与过滤前的影像数据进行对比和分析，从而进一步确定过滤内容的有效性。三维激光扫描仪数据对比，是对当前测量模型的具体状态进行分析，以三维立体模型为主要对比内容，利用计算机将地表数据以模型的形式呈现，同时对模型进行削峰处理、填洞、三角网编辑等操作，利用凹型地表进行球面建模，结合特殊地点位置进行复杂数据的提取和分析，最终形成地表模型。在方量技术以及结构表达过程中，对2期的数据进行科学统计处理，尤其是借助PointStudio点云处理软件中的基准模式、计算模型、边界参数等相关内容，计算出二者的挖填方量。
2.2移动式三维激光扫描仪
移动式三维激光扫描仪，该仪器具有SLAM技术，主要解决从未知环境的未知地点出发，针对空间不确定性在运动过程中通过重复观测到的地图特征，定位自身位置和姿态，再根据自身位置增量式地构建地图，从而达到同时定位和地图构建的目的，该设备主要由手持探头、采集器两部分组成，有效测距30m，测量范围270°*360°。该设备的外业操作非常简单，根据测量任务确定测量路线，开机初始化后，由单人按照正常步行速度往返行走，即可完成测区点云数据的采集工作，扫描全过程可无任何控制点。内业需要运用专用解压软件Geo SLAM Hub对扫描点云数据进行解压，即可获得高密度的井巷工程点云数据，然后将扫描的点云数据导入数据处理软件Cloud Compare進行点云数据查看、抽稀、降噪、剪切、漂移点的处理以及手动拼接等等一系列操作，最终得到地下矿山整体空间点云数据，最后将点云数据导入Geomagic Control建模软件对点云数据进行降噪、删除体外孤点、封装、简化以及网格修复等等一些列的优化实现逆向建模，完成井下工程实体模型创建工作。
2.3三维激光扫描技术在矿山测量中的应用
目前，在我国的城市化发展与建设中，一些翻修工程与保护工程项目等都需要进行精密数据检测，如果采用传统的测量工具进行测绘数据，往往与实际效果相差比较大，在数据完成之后，还需要进行人工调整才能满足要求，才能降低测量的图纸与实际测量数据之间的差距。而在古建筑修复方面，由于结构变形比较严重，建设时间比较长，采用常规的矿山测量手段难以完成，增加古建筑物修复设计的难度，同时也会影响着修复施工的进度。采用地面三维激光扫描技术，可以快速对古建筑内部空间进行全方位扫描、分析与测量，并能够按照建筑物结构变形的情况，制定有效的检测与分析，制定高效的修复方式，从而提高矿山施工的效率，降低维护成本。
结语
通过某中型铜矿井下实际运用表明移动式三维激光扫描仪较适合运用于短距离工程或者相对隐蔽、独立工程三维可视化模型的获取，如溜井、采场以及矿堆立方量计算等等;全站式三维激光扫描仪较适合运用于长距离中间无较大变化工程的三维可视化模型获取，如运输巷道、斜坡道工程等，两种测量方法均可获取满足当下高精度数字化矿山井巷工程三维可视化模型，两种测量方法数据融合效果更佳。总之，三维激光扫描技术在矿山平稳、高效、安全生产中将发挥巨大作用。
参考文献
[1]蔡璋，罗来林，谭清燕.探讨长测距三维激光扫描仪在露天矿山测量中的应用[J].铜业工程，2020（01）：35-39.
[2]赵海往，皮廷亮，刘永富.三维激光扫描仪在露天矿山测量中的应用探究[J].世界有色金属，2020（04）：24-25.
[3]杜志强，石强，董兆江，等.基于地面激光扫描的矿山三维建模关键技术[J].地理空间信息，2013，11（6）：23-26.