随着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，为数字矿山工程构建三维可视化模型提供参考。
1可视化矿山与机电技术概述
近几年备受关注的三维激光扫描技术突破了传统测量中单点测量的模式，该技术通过发射激光来扫描被测物，以获取被测物体表面的三维坐标，其巨大优势就在于可以大面积高分辨率快速扫描被测物体，扫描不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据进行三维建模和虚拟重现，因此该技术被称为实景复制技术，作为当今时代的先进测量技术，其高精度、高效率的特点为矿井测量提供了新的思路、新的途径。
2工程概况
某铜矿，占地面积216万ｍ2，矿区位于中高山区，山崖陡峭，地势高低不一，最高海拔标高为1112ｍ，最低海拔600ｍ，该矿山是一座有着60多年开采历史的中型矿山，井下有几万米错综复杂的矿山工程。原始的图纸和数据均为纸质版，加上年代久远，很多图纸变形，数据丢失，2015年该企业由主产向残矿回收转移，为了更加合理地开采资源，避免重复设计施工引发安全事故，同时也为了满足国家绿色矿山要求，企业决定构建矿山工程三维可视化模型。
3矿山工程三维可视化模型构建方案
3.1移动式三维激光扫描仪
移动式三维激光扫描仪主要由手持探头、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。内业获得高密度的矿山工程点云数据，然后将扫描的点云数据导入数据处理软件CloudCompare进行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GeomagicControl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。
3.2全站式三维激光扫描仪
全站式扫描仪不仅是一台毫米级精度、测角精度1ｓ的高精度全站仪，既可以进行高精度的自动化测量，也可以实现精细扫描。其巨大优势就在于可以直接定位绝对坐标并通过三维激光扫描技术快速扫描被测物体，扫描不需反射棱镜即可直接获得被测矿山工程高精度的扫描点云数据，在获取矿山工程点云数据后进行点云自动拼接，通过配套软件进行数据处理，建立矿山三维可视化模型。全站式扫描仪采用导线测量的方式进行，即架站完毕后，通过选择测站点及后视点三维坐标，以此类推获取整个矿山工程点云数据，测量过程中至少需要两个已知控制点。内业将扫描采集到的点云数据导入数据处理软件MAGNETCollage进行点云数据自动拼接、查看、抽稀、降噪、剪切等等处理，最终得到测量区域的矿山工程点云数据，最后将点云数据导入GeomagicControl建模软件进行降噪、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。
4两种测量方法优缺点
1）移动式三维激光扫描仪建模较传统的测量技术具有更好的三维适应性；获取的点云数据可以与三维模拟软件及开发设计软件良好衔接，为数字化开采及管理提供三维数据；配合第三方软件可用于验方测量、超、欠挖核对等；可为中深孔等采矿设计提供准确的平剖面图及采掘工程实体模型等等。缺点在于在没有控制点的情况下完全依靠相似点进行手动拼接，长距离多站式的矿山工程会出现模型偏差，即便是利用已知控制点和标靶球，也不能保证在进行点云拟合时，每次捕捉到的球心就是控制点中心，有一部分偶然误差存在其中，从而降低了测量精度。
2）全站式三维激光扫描仪优点在于其可以在短时间内获取矿山工程三维点云数据，极大地提高工作效率；运用全站仪绝对定位的巨大优势采集到绝对坐标下的矿山工程点云数据，而且后期的点云数据可以通过软件进行自动拼接；可以在进行导线测量的同时进行矿山工程点云数据获取，简化作业过程；运用其高速激光扫描、全景扫描＋内置广角相机功能可以获取矿山工程实景照片，在后期处理过程中进行贴图，获取矿山工程实景模型；通过其测量机器人功能，配合PC端可由单人完成全部测量任务；获取的点云数据可以很好地与三维模拟软件及开发设计软件良好衔接，为数字化开采及管理提供三维数据；配合第三方软件可用于验方测量、超、欠挖核对等；可为中深孔等采矿设计提供准确的平剖面图及采掘工程实体模型等等。缺点在于首先其价格昂贵；其次由于矿山工程不可能完全平整，全站仪需要固定采集数据，在遇到坑凹时激光束遮挡，造成点云数据不全，想要完全完整、真实地反映地下空间现状只能通过近距离多次架站的方式来获取。
5点云数据融合
结合两种测量设备获取矿山工程点云数据的优缺点，想要快速获取绝对坐标下高密度点云数据来构建矿山工程三维可视化模型，可以将两种测量设备采集到的点云数据进行融合，即将两者设备采集到的点云数据统一保存为同一种格式，比如CloudCompareStereo都识别的.las格式，在CloudCom-pareStereo点云处理软件下将移动式三维激光扫描仪采集到的点云数据进行裁切、移动等操作，对全站式三维激光扫描仪采集到的绝对坐标下点云数据相对稀少的位置进行补充，这样就可以获取矿山工程高密度点云数据，最后将点云数据导入逆向建模软件GeomagicControl即可快速构建绝对坐标下完整的矿山工程三维可视化模型。
6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
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