刘 翀

（辽宁省地矿测绘院有限责任公司，辽宁 沈阳 110121）

在矿上开采过程中需要对地质进行精确的测绘，从而为下一步工作打好基础。而随着矿山开采工作的不断发展，对测绘技术的要求也越来越高。测绘技术也从最开始的GPS测绘技术，发展到现在三维激光扫描技术。三维激光扫描技术在测绘技术中的应用，让测绘技术得到了更多的发展空间。测绘技术在矿山采空区测绘的应用最为广泛，在传统矿山开采工作中，由于采空区测绘结果不准确，无法对采空区塌陷可能进行预测，为矿山开采工作以及工作人员的生命安全造成了严重威胁。目前矿山测绘工作主要以调查采矿情况、地球物理勘探与工程钻探为主，通过水文实验、变形观测等作为辅助，但这种测绘方法在实际应用中由于设备、人员、测量精度等因素，使测绘工作难以到达预期效果[1]。因此，利用三维激光扫描技术对矿山采空区进行轮廓定位，从而实现对其空间定位，为矿山开采工作打下坚实的基础。

1 三维激光扫描技术在矿山采空区测绘中的研究

在矿山采空区测绘中三维激光扫描技术的应用，三维激光系统主要由电源系统、激光扫描仪与计算机三部分组成。其中，扫描仪中包括激光扫描系统与激光测距系统，同时也集成CCD、校正系统以及仪器内部控制等部分。在激光扫描仪中，通过同步反射镜旋转，通过激光脉冲对被测区域发射窄束激光脉冲，并对激光脉冲从出发到被测物体表面所需时间进行测量，从而判断出被测区域各部分距离。同时对测量每个脉冲激光的角度进行扫描，计算激光在被测物体上的三维坐标[2]。三维激光扫描技术在使用中，一般使用自动以坐标，如图1所示：

图1 三维激光扫描原理示意图

在扫描面内的X轴与在横向扫描面的Y轴垂直，横向扫描面与Z轴垂直。因此，通过2个角元素与一个线元素能够确定出被测空间的三维坐标定位点的X、Y、Z坐标。三维扫描系统在数据采集过程中，能够欧确定数据观测值S、脉冲扫描角观测值α以及纵向扫描角度观测值θ。三维激光扫描测量一般使用内部坐标，结合图1，可以得到任意点计算公式为：

在公式（1）中，S为P到O点距离。

三维激光扫描系统在工作中，会产生大量的测量数据，为三维坐标数据提供大量数据组。三维激光扫描仪作为一种非接触的主动观测系统，可以对矿山采空区进行大面积高密度的三维空间数据进行采集。

（1）工程概况测量。三维激光扫描技术在矿山采空区中的应用，能够对矿山采空区中工程概况进行测量。首先利用三维激光扫描对业内数据与业外数据进行采集。其中业外数据主要包括数据扫描以及控制网布设，业内数据主要包括噪音剔除、点云数据拼接、三维动画制作、体积计算、三维模型生成、横纵断面图等。

在矿山工程测量中，为保证对采空区数据更加精准测量，利用三维激光扫描技术对采空区进行扫描，通过得出数据对其进三维模型构建，让采空区状况能够更加直观的展现出来，为矿山开采提供可靠的数字依据。

（2）矿山采空区数据处理。矿山采空区测绘工作中处理业内数据过程中需要设计到数据拼接、虚拟测量等多项内容。同时要求对分析数据结果进行分析，建立采空区TIN构网，实现断面数据的有效提取。首先对扫描数据进行处理，利用扫描仪控制软件对数据进行拼接后，通过外业操作对标靶数据进行扫描，并对不同站点云数据进行拼接，在拼接过程中要求误差＜2mm。由于对矿山采空区数据收集会产生大量的云数据，通过数据能够实现对采空区真实情况进行真实反映。但在数据处理过程中，对工作人员来说也是一个巨大的挑战。工作人员对海量数据的处理，需要通过特殊软件处理，目前来说主要采用CAD，但效果却十分有限。为保证工作的正常进行，在进行数据导入之前，需要对数据先进行抽稀操作，对等距离数据进行抽稀，从而实现数据量的有效减少，留下具有典型性与代表性的数据。这样不仅能够保证数据的精准度，同时可以提高软件运行速度。将抽稀数据作为原始数据，利用专业软件建立模型，以模型为基础，对矿山采空区断面面积与采空区实体体积进行计算，最终实现对采空区面积的精准测量。

（3）采空区控制网布置。在矿山采空区测绘中，使用三维激光扫描对不同采空区进行分站扫描，在每个采空区中设立三个标靶。在扫描过程中对三个标靶进行扫描测量，同时拟定出三个标靶的几何中心，通过对三个标靶的技术处理，确立不同空间关系的同时对其位置数据进行分析，从而判读出采空区具体情况。在测量同时，利用全站仪对控制点上标靶进行测量，确定其几何中心，从而设立相应坐标。通过三个相互具有关系的坐标，将坐标几何中心作为公共点，从而进行数据点拼接，能够很好的实现独立坐标与地方坐标系统的转变。通过全站仪器的光电测距，从而实现采空区控制点的设置。

2 结语

三维激光扫描技术在自身具有主动性强、速度快、全数字化、实时性强、精准度高等特点，能够对矿山采空区真实三维场景数据进行快速获取，彻底的改变了传统矿山采空区测绘中单点测量的数据获取方式，为测绘工作提供了更多的选择，也为测绘结果提供更加多样化的可能。目前来说，三维激光扫描技术在矿山采空区测绘中的应用还处于刚起步阶段，因此通过对其应用进行研究，为矿山开采工作提供新的技术支持。