一文让你了解际上导航激光雷达在矿山的应用

目前我国矿山系统因资源枯竭功能受到限制,对矿山产业的发展十分不利。可通过利用建筑物模型与地面分层相结合来建模、匹配及融合,进而对矿山塌陷区的经济和生态环境进行合理评价,并对塌陷导致的地面裂缝、土地侵蚀展开分析，清楚了解塌陷区建筑物被破坏等地质灾害情况。作为一种新型的主动式对地观测手段,机载激光雷达技术可获取高精度的地表三维数据,精细刻画真实的地貌特征,为地质领域中的地貌分析提供直接观测数据。

庞大的能源需求、数量众多的矿石给矿石安全、高效生产和精细化运营管理提出新的要求和挑战，采用激光扫描仪进行地形和矿山测量是目前世界上比较先进的测量技术。由于激光扫描仪不但可以采用非常高的分辨率进行数据采集，而且能获得三维数据，因此很容易生成较其它常规测量方法更为准确的数字高程模型。它比传统的GPS+全站仪的测量作业方式，作业效率更高，优势非常明显，外业人员的作业强度也大大降低。那么，际上导航激光雷达到底在矿山领域能够应用到哪些场景呢？下面就跟小编一起看看吧！

1、地面控制网的建立

地面控制网的建立，可以通过GPS与三维激光扫描结合的方式进行，通过GPS静态观测完成一级控制网的建立，然后利用三维激光扫描仪进行高精度的碎步测量，完成矿区的控制网的建立。三维激光扫描仪的精度完全满足国家《矿山流程》中的限差，满足测量要求。

2、地质领域

在地质领域可以开展地质编录的应用，包括：地质填图编录、探矿工程地质编录、采样编录。激光扫描仪在地质填图中可以用于绘制地质矿产图、工程地质图、基岩地质图、第四纪地质图等。取代部分传统全站仪测绘工作量大的工作。利用三维激光扫描仪进行矿区地形、地貌扫描后建立数据库，后期工程设计，布置安排等不需要到现场进行测绘，室内便可完成，可以提高工作效率，节约人力资源。3、高陡边坡地质调查领域

在地质调查工作中，结构面产状是最基本的地质参数。但现场结构面尤其是长大断层，其产状通常具有较大的变化，或由于某些地形因素一些重要结构面的产状难以直接近距离量测。上述情形都使获得结构面的准确产状成为难题。

三维激光扫描测量为这一问题的解决提供了有效手段。三维激光扫描测量的处理软件直接提供产状量测工具，利用软件中生成的拟合平面工具可以模拟地质结构面，计算结构面产状。克服了地质罗盘单点测产状而存在的不足，其效果极为理想。

▲扫描原始点云构成模型

▲选中的结构面

▲结构面参数方程

▲点云数据中的结构面产状调查

4、边坡监控领域

三维激光扫描仪可以对边坡的稳定性进行实时监测。扫描的数据可以满足精度要求，可提供三维坐标数据、全天作业，从而进行滑坡预报研究。岩石开挖会引起岩体的反应运动，如果这个运动，使得边坡失稳，但是被及时、准确检测到，那么意外事故、设备的破坏、矿石储量损失、矿山损失、甚至是生命，这样的后果在边坡失稳时是可以避免的。目前我矿边坡监测共有人工、GPS自动、机器人监测三种手段，均为点对点的监测，监测结果需要大量时间后期分析和处理，在预测滑坡准确性上还存在一定差距。这样，对整个矿区内所有边坡的安全监测来说效率低下，不能保证在发生滑坡危险时危险区域的人员和设备及时撤离。

三维扫描技术是最近新兴的一种边坡监测技术，利用三维激光扫描仪的数据生成现场现状DTM，在现状DTM模型上进行边线数据提取，生成边缘线，可以作为边坡监测的数据依据。三维激光扫描方法原有监测方法及安装测量棱镜或传感器等常规边坡监测方法相比，边坡稳定性监测三维激光扫描仪具有以下优点：

①监测精度高，能以亚毫米级精度对监测区域进行大范围的快速扫描；监测范围广，全部测量可覆盖整个矿区。系统可自获得测区DEM(数字地理模型)或读取已有DEM，三维显示监测结果，能够与多种GIS（地理信息系统）软件相兼容。

②空间分辨率极高，能够监测到被测区域表面很小区域的变形，采样间隔短，避免由于采样间隔长而造成的数据不连续、数据丢失。

③监测位置选取灵活，能够远距离对存在边坡稳定性隐患的区域进行监测；

④无需在边坡稳定性隐患区域布设固定监测设备，即使发生边坡事故，也不会造成设备损失；

⑤可以对边坡事故进行全过程的连续监测，并能在后期对事故地段继续监测、评估。

▲基于扫描仪扫描点云建立现状DTM

▲基于现状DTM提取生成边坡线

▲未做任何修改的边坡线

5、矿山生产领域

三维激光扫描仪可以用于指导矿体取样、质量评定、矿体机构、储量计算、品位分析等相关工作。三维激光扫描仪在获取矿体的原始测绘数据后，可以省略部分现场测绘计算的工作，并且三维激光扫描仪普遍带有拍照的功能，可以对现场的点云数据作为一个有效的补充。

三维激光扫描仪可以计算矿山开挖体积变化量，日产量等计算工作；并指导矿山相关工作实时监测工作，如开采方位、地形分析、塌陷、开采量等实时监测工作；采集的点云与矿界数据对比，还可以确定矿山是否存在超挖欠挖现象，采集的数据可以作为执法依据。矿山采挖测量和矿量计算

通过点云数据生成的DEM和DTM数据，可以进行矿山的采挖测量，在矿山开采前，通过获取的DEM和DTM数据实现植被占用面积和土石方量的计算，最方便的是能实现直观的矿量计算，在矿山开采过程中，能够精确的获取采空区的空间信息，同时为安全生产通过技术依据。

优势：露天矿量的计算简单化、精确化。

数字线划图获取

通过建立的矿山开采模型，1m分辨率的数字地面模型能够生成高精度的等高线划图，高密度、高精度的点云模型通过拼接建模生成的数字线划图，将为矿山提供从1:-1:0的地形线划图，实现矿山测量基础数据的获取。

优势：

1、对于矿山的基础设施（控制点、办公楼、绞车房、井架、仓库、水塔、井口、管线、垣栅、消防设施、电缆沟、扇风机机道等）的空间数据，一次性扫描获取多个设施的空间位置，且数据形象直观，方便建立模型，矢量化后作为地形要素加入到矿山地形图中。

2、露天矿山测量快速测量，等高线画图分辨率高，数据质量高，如下图：

▲等高线图

操作面厚度分析

对同一个矿山堆体，通过叠加不同阶段如前后两天的堆体的三维模型，进行对比，即可得到其每天的操作面厚度和沉降情况。

▲操作面对比

如上图所示，通过不同的颜色区别实现不同操作面。

6、数字矿山

真三维数字矿山虚拟漫游系统是以真实的矿山现状信息和周边景物信息为依据，对矿山的地形、建筑、矿井以及地层、构造等三维空间数据进行提取，优化处理，建立矿山的三维实时交互的虚拟场景，展现矿山的地形地貌及相关的数据信息，实现矿山的实时逼真的真实感显示及各类矿山数据查询等功能。

以往对对矿山的描述通常采用二维GIS方式，已难以适应矿山自动化管理形势的发展要求。三维数字矿山系统通过对真实地形、地物、建筑的数字化三维模拟和三维表达，提供给用户一个与真实生产环境一样的虚拟三维矿山环境，实现在三维环境管理模式下的图属互查和监测管理，为矿山的安全管理、生产管理和应急救灾等决策提供服务。

基于三维激光移动测量系统建设数字矿山系统流程为，利用三维激光移动测量系统时行点云数据采集、测量数据、现场环境真实全景照片等数据，通过点云数据处理软件处理点云数据，利用建模软件进行三维建模采用三维激光移动测量车载系统采集的点云数据，经处理TIN网后，进行三维建模及贴图，地形采用0.6m分辨率的遥感影像，进行了投影转换、校正、融合等处理。通过数码相机采集真实的图片素材作为纹理数据，并利用图像处理软件进行校正、匹配，转换等处理。三维数字矿山系统主要是以SkylineTerraSuite系列软件作为基础平台，进行三维地形及三维模型的创建和整合，并将完成的三维场景通过网络进行发布。对于数字矿山来说，三维模型的创建主要集中在井上工业广场建筑物、井下巷道、重要大型机械设备等几个方面，建模工作主要利用3DMAX创建结构和纹理较复杂精细的模型，可快速创建矿山、建筑物模型，并为建筑物立面赋予实景照片贴图纹理，利用三维地理信息展示平台Skyline特有的多细节等级(LOD)技术可以实现对模型贴图的优化处理，提高模型数据的读取速度，保证浏览的流畅性。

7、井下矿山测量

1、巷道测量

利用激光扫描仪在井下进行扫描作业，完成整个井下的巷道模型的建立，能够实现井下开采的管理，以及巷道变形监测、井下定向测量、井下控制测量、主巷道的定向与测量，掘进时中、腰线的给定，井下巷道贯通、井下场地开拓超欠挖测量、矿量计算等。

2、横断面测量

实现井下矿山测量的同时，通过井下的点云模型，后处理生成巷道的横断面线划图，将作为重要数据提供给煤矿安全生产部门，实现巷道的变形监测，巷道应力分析。