矿山地质测绘中三维激光扫描技术的应用解析.pdf
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1、2023年8月上 世界有色金属37测绘技术Mapping technology矿山地质测绘中三维激光扫描技术的应用解析陈国忠(福建省地质测绘院,福建 福州 3 5 0 0 0 0)摘 要:三维激光扫描技术是应用于测绘行业的新型测绘方法,它能够迅速建立高精度的数字化地貌模型,突破了传统单一点法的限制,已被广泛地应用于矿山地质勘探工程,在测绘质量和工作效率上有显著优势。为此,文章论述了三维激光扫描技术在矿山地质测绘工程中的工作原理及使用现状,为实践者提供技术参考。关键词:矿山;地质测绘;三维激光扫描技术中图分类号:T D 1 7 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 2-5 0 6 5(2 0 2
2、 3)1 5-0 0 3 7-3Application Analysis of 3D Laser Scanning Technology in Mine Geological Surveying and MappingCHENGuo-zhong(F u j i a n G e o l o g i c S u r v e y i n g A n d Ma p p i n g I n s t i t u t e,F u z h o u 3 5 0 0 0 0,C h i n a)Abstract:3 D l a s e r s c a n n i n g t e c h n o l o g y i
3、 s a n e w s u r v e y i n g a n d ma p p i n g me t h o d a p p l i e d i n t h e s u r v e y i n g a n d ma p p i n g i n d u s t r y.I t c a n q u i c k l y e s t a b l i s h h i g h-p r e c i s i o n d i g i t a l t e r r a i n mo d e l s,b r e a k i n g t h r o u g h t h e l i mi t a t i o n s
4、o f t r a d i t i o n a l s i n g l e p o i n t me t h o d s,a n d h a s b e e n w i d e l y u s e d i n mi n i n g g e o l o g i c a l e x p l o r a t i o n e n g i n e e r i n g.I t h a s s i g n i f i c a n t a d v a n t a g e s i n s u r v e y i n g a n d ma p p i n g q u a l i t y a n d w o r k
5、 e f f i c i e n c y.T h e r e f o r e,t h e a r t i c l e d i s c u s s e s t h e w o r k i n g p r i n c i p l e a n d c u r r e n t s t a t u s o f t h e t h r e e-d i me n s i o n a l l a s e r s c a n n i n g t e c h n o l o g y i n mi n i n g g e o l o g i c a l s u r v e y i n g a n d ma p p
6、i n g e n g i n e e r i n g,p r o v i d i n g t e c h n i c a l r e f e r e n c e f o r p r a c t i t i o n e r s.Keywords:mi n i n g;G e o l o g i c a l s u r v e y i n g a n d ma p p i n g;3 D l a s e r s c a n n i n g t e c h n o l o g y收稿日期:2 0 2 3-0 5作者简介:陈国忠,男,生于1 9 8 2 年,福建莆田人,本科,地质测绘工程师,研究方向
7、:测绘。三维激光扫描是通过对被测对象进行连续、全方位的坐标探测,利用激光单色性、方向性、相干性等特点,将激光引入到测绘设备中,通过这种技术可以迅速地获得被测目标的空间信息,进而精确地建立被测对象的三维模型。为了提高矿山地质工程施工的质量,必须对相应的地质状况进行准确测绘,传统的地质测绘方法需要大量的人力、物力资源,而且测绘过程繁琐、效率不高,很难适应目前的工程建设需要。因此,三维激光扫描技术被广泛地应用于地质测绘领域。提高了测绘工作的效率和质量,为现代化的工程建设提供基础数据支撑。1 三维激光扫描技术概述(1)技术原理。三维激光扫描(3D Laser Scanning)技术是近二三十年才发展起
8、来的一种新的测绘技术。它是利用激光测距的原理,通过记录被测物体表面大量的密集点的三维坐标信息和反射率信息,将各种大型的、复杂的、不规则、标准或非标准等实体或实景的三维数据完整地采集到电脑中,进而快速建立被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据1。另外,结合其他工程软件和各领域的专业应用软件,它所采集点云数据还可进行各种后处理应用。由于三维激光扫描能够完整、准确、精细的刻画目标物体,因此三维激光扫描技术又被称作“高清晰测绘(High Definition Surveying)”。利用激光进行距离测绘已有近四十年的历史,而自动控制技术的发展使得三维激光扫描成为现实,实现了从传统的测距仪、全站仪
9、的单点测绘发展到目前三维激光扫描技术的线、面测绘或者说立体测绘阶段。三维激光扫描系统技术的应用包含两个方面的重点内容,一个是如何获取高精度的点云(Point Cloud)数据;另一个是如何对获取的点云数据进行后期的处理和分析,以提取所需要的信息。(2)技术优势。一方面三维激光扫描仪具有快速、主动、数字化的特点;另一方面三维激光技术具有非接触性等优点,与常规的单坐标测绘技术相比较,其优越性表现在非接触测绘、动态测绘和数据采样速率高三个层面上。第一,在无接触的情况下,矿山地质测绘工程所处的场地条件比较复杂,采用传统方式测绘难度比较大,而采用激光技术进行测绘时,利用技术上的非接触性,使测绘者能够在一
10、定距离控制激光扫描器发出激光回波,从而获得目标的数据,数据的获取所受到的空间限制微乎其微。第二,在运动探测中,利用通信技术与电脑相连,三维激光扫描装置可以实时地将获取的空间位置和目标的表面结构等数据传输到相应的软件中,与此同时,还可进行短期的剖面容积、体积测绘等工作,使得工程具有动态、实时的特点。第三,在取样速度上,取样速度是指每一次取样后,将每一次取样值转化成一个离散的取样数目,也就是每一次取样的数目越多,制图工作的效率越高,而3D型激光扫描仪的取样速度从每秒几千到几万个点位,取样速度比传统的采集方法要快得多。2 矿山测绘分析三维激光扫描仪的最大特点就是精度高、方便、快速,对矿山的各个方面的
11、数据进行快速的处理,从而获得三维数据。三维激光扫描技术的有效运用,极大地缩短了矿山地质测绘的时间,实现了矿山内外三维建模的高效率,与传统的人工测绘技术相比,它更好地体现了矿山的现状,对优化矿山测绘工作具有重要意义2。在矿山开采测绘中,要保证控制点的精确,对矿山的测绘精度进行科学的控制,以保证矿山的测绘结果的准确性。平面控制网是依据矿山规模及现场实际情况,选取不同级别的GNSS控制网作为第一级控制网,然后对各级别的线路进行加密;三维激光扫描应在GNSS点基础上进行测绘,并根世界有色金属2023年8月上38测绘技术Mapping technology据封闭线路进行扫描测绘,以提高平差结果的精确性。
12、矿山测绘技术是一种GNSS技术,它的测绘精度很高,可以实时地采集和更新矿山的数据;该方法不仅可以对矿山的局部进行测绘,而且还可以进行整个矿山的数据采集,以利于矿山测绘信息化建设,使矿山维护、储存、管理等职能不断提高,管理更加科学化。3 矿山测绘中三维激光扫描技术的应用优势(1)高效性。采用三维激光扫描仪可以完成每秒几万、几十万点位数据的采集,对执行环境的要求不高,并不需要做什么繁琐的工作,只需几分钟就能做好前期的准备工作,并能在特定的绘制阶段进行自动绘制,整个绘制工作能够快速完成。另外,在测绘中,工作人员不必与测绘对象进行直接的接触,因此可以大大减少初期的准备工作。(2)便利性。目前使用较为普
13、遍的3D型激光扫描仪,可以自动地进行资料的采集,并可由无线或有线网路进行,减少了无效的作业,极大地提高了矿山测绘工作的质量。4 扫描时的注意事项(1)目标区域属性的设置。点云数据的质量受靶区特征的影响。在扫描开始的时候,需要人工地用扫描器的控制软件来画出一个区域,这时,扫描器到被扫描物体的平均距离(即,距离)和取样保证间隔时间。测绘距离太大或取样间隔太短,会造成扫描时间太长、资料密度太高,造成资料冗余,如果距离太短,或者取样间隔太大,就会造成资料的稀疏,造成扫描的不完整,或者造成资料的错误,通常情况下,系统会自动计算出一段距离,然后再进行人工调整,并根据数据的准确性,选择合适的间隔3。(2)扫
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