摘要：在矿山深度开采中，不仅对开采技术具有很高的要求，而且对开采的安全性造成了很大的威胁，为了确保开采工作的有效和安全进行，三维激光扫描技术作为一种先进的测量技术，在矿山开采中逐渐得到了应用。文章针对三维激光扫描技术在金属矿山采空区测量中的应用展开分析，为同行业人员提供参考。
关键词：金属矿山；矿山开采；三维激光扫描技术；采空区；测量精度
在矿山开采中，地质测绘工作至关重要，其工作的质量直接关系到开采工作的有效性与安全性。随着科技技术不断发展，诸多先进技术得到了研发与使用，而三维激光扫描技术具有显著的优势，在金属矿山采空区测量中具备很高的精度，实现对矿山开采工作环境的有效掌握，为开采工作方案的制定与开展提供依据。
1 三维激光扫描技术
此技术又称作实景复制的技术，是20 世纪90 年代逐渐出现的高新技术类型，在测绘领域中得到了广泛应用。此技术使用中，以高速激光的扫描测量法，能够对物体表面的各点坐标(x, y, z)、反射率和颜色(R, G, B) 等信息实现高分辨率与大面积地快速获得，通过此类大量密集性点信息能够实现1:1 真彩色的三维点云相应模型快速复建效果，对后续工作的处理和数据的分析等提供有效依据。此技术具有显著的特点，如快速、高效、非接触、强穿透、动态化、数字化、高密度和高精度等，对现阶段空间信息的技术发展不足实现了有效弥补，实现对传统单点测量法的突破。此技术可以提供所扫描物体的表面三维点云的数据信息，用来得到高精度和高分辨率数字化地形的模型，以高速激光的扫描测量法，实现对被测的对象表面三维性坐标数据以及大量空间点位的信息等高分辨率与大面积快速获得，它是一种实现对物体三维化影像模型快速构建的新技术。
2 三维激光扫描技术原理
此技术主要借助极坐标的测量对被测对象所具有空间坐标的数据有效获取。传统的扫描方式为云计算，对物体的表面扫描来获取陈列性几何图形的三维化数据。此技术主要借助激光测距原理，因为三维激光的扫描设备和目标激光的测距设备以及角度测量的系统实现结合，可以对复杂空间的现场内物体迅速测量，对和激光点存在密切关联的物体水平的方向、反射的强度、斜距等数据直接获取，并对它们自行实施计算与存储，获得点的云数据，它能够在超过1000m 的距离实现测量，且扫描的频率达到十几万/s，后通过TCP/IP 的协议把所扫描的数据向计算机传输，以USB 的数据线把场景图像向电脑传输，后通过计算机对点的云数据处理，再和CAD 联系对被测物体三维的模型重新设计。激光测距原理如图1 所示。
3 三维激光扫描技术在金属矿山采空区测量应用
以湖南新田岭钨业为例，对三维激光扫描技术在金属矿山采空区测量的应用进行分析。此矿区的面积为7.7245m2， 且交通十分便利。由于产量核算和矿区的保护监测需要，要通过三维激光的扫描技术来对地下的采空区实施扫描测量，通过真实扫描的数据对采空区的体积计算，且实施三维化实体的模型构建，把地下矿山在计算机内呈现，为矿区的数字化发展有效依据。
3.1 对采空区布设控制网
在三维激光的扫描仪使用中，所采用坐标系主要是将扫描仪当作中心实施独立性坐标系的构建。而想要把各独立性坐标系向一个统一的坐标系内转化，就要求将存在于矿区测量的坐标系统内坐标控制点向各地下的采空区引入，后每站的扫描就可以借助对具备真实性坐标公共的标靶扫描，这样就能够实现对点云数据的坐标系统有效统一，且点云数据的坐标和矿区测量的坐标系也实现统一。因此，要通过全站仪以光电测距的导线形式，把测量的控制点向全部地下的采空区周围合理布设。
3.2 开展三维激光的扫描处理
在工作中，此矿区使用的是莱卡三维的激光扫描设备，对各个采空区开展分站扫描（见图2），在每站内进行3 个标靶的布设，对每站实施扫描同时都对3 标靶开展扫描测量且对标靶几何的中心拟合，则3 个标靶于所扫描数据独立性坐标系统内就存在相对性空间的关系；且通过全站仪于导线的控制点位置对标靶几何的中心坐标测量，则3 个标靶就在地方的坐标系统内也存在相对性空间的关系，将此3 个标靶的几何中心当作公共点，后续内业数据的点云拼接期间，对各站内点云数据进行拼接且把各站独立性坐标系统向地方性坐标的系统内转换。
3.3 对内业数据的处理
在对内业数据的处理中，主要包括数据的拼接处理、数据的抽稀、数据虚拟的测量、采空区的三维化实体模型构建、断面数据的提取等。
首先，通过徕卡软件对扫描仪数据进行提取，并对所扫描的数据实施拼接处理，通过外业精确的扫描标靶和全站仪的测量标靶具有的中心坐标来对各站点的云数据实施拼接处理，此项目靶标的拼接误差在2mm 内。
因为三维激光的扫描所采集点云数据具有庞大数据量， 此类庞大数据量需要通过特定软件实施处理，现阶段所常用CAD 软件和测绘软件等都不能对此庞大点云数据实现有效处理，所以，在对点云数据导入前，要对数据实施抽稀处理。可以依据等间距法对数据抽稀，不仅能够确保点云数据具有良好精度，而且还能够降低海量数据对处理速度造成的影响。
在完成微数据的抽稀后，将此类数据当作原始的数据， 通过 3Dmine 和Cyclone 等专业软件生成三维模型。基于三维模型，就能够对对采空的区实体体积和断面准确计算，还能够对等高线和其他各种的所需信息提取，对后续工作的开展提供准确、全面的依据。
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