三维激光扫描仪在地质矿产的应用

1 三维激光扫描技术概述

三维激光扫描技术是科技界的一次新的革命，是在GPS定位技术之后的又一次重要的科技进步[1]。三维激光扫描技术又叫做实景复制技术，顾名思义，其对实景的捕捉功能是很强大的。三维激光扫描技术，是对传统的单点测量的一次重大突破，在对实景进行测量的时候，具有明显的高效率性和高精度性[2]。三维激光扫描技术可以获得高分辨率的数字地形模型，因此在矿业发展中有很重要的地位[3]。三维激光扫描技术有很多的优点，比如其快速的测量，不接触性，强的穿透性等，而且能够实现对扫描物体的实时动态监测，其效果好，效率高，全自动化等优点，使得其应用的范围更加广泛。

2 三维激光扫描仪在地质矿产的应用

2.1 三维激光扫描仪的工作原理

    三维激光扫描仪的主要组成部分包括扫描仪、控制器以及电力供应三个部分[4]。其中，扫描仪的组成主要有激光测距系统以及激光扫描系统，同时含有仪器的内部控制系统和校正系统。在仪器的内部，由2个同步反射镜的高速和有规律的转动，来改变激光脉冲发射体所发出的窄速激光脉冲的方向，依次扫描被测位置，由时间长短来计算路程的远近。由扫描控制部分来控制和测量每个脉冲激光的角度，计算三维坐标。其工作原理图如图1所示。对于激光扫描的观察数据，主要是水平方向的夹角α和天顶距值θ，由脉冲激光的传播时间计算，根据路程公式计算从检测到物体的距离S，以及扫描位置的反射强度I。一般的坐标划分为横向扫描面内的X轴，与X轴垂直的Y轴和Z轴（图2）。由公式1计算得到激光点的三维坐标。公式1： Xs=Scosθsinα

              Ys=Scosθcosα

              Zs=Ssinθ

    图1 激光扫描仪测量的基本原理             图2 测量点坐标计算

2.2 三维激光扫描仪在地质矿产的应用

三维激光扫描仪在地质和矿业方面的应用非常广泛。在地质方面的应用，包括对地质填图的编录，在探矿工程方面的地质编录，以及一些样本的采样编录。通过三维激光扫描仪的使用，能够对矿区的地形、地貌等进行扫描计算以及绘制，建立相关的数据库。通过对地形地貌的测量绘制以及数据库的建立等，可以使得一些后期的勘探设计，具体操作安排等都可以通过数据库而得到信息，减少了大量的外出采集数据的程序，在室内就可以很好的完成，由此而极大程度的提高了工作的效率和精确度[5]。

三维激光扫描仪在矿业方面的应用也是非常广泛的。在矿床的勘探方面，三维激光扫描仪能够用于矿体取样的指导，矿体矿床的质量评定，对矿体结构进行勘探预测，以及数据储备和质量分析等方面的应用研究。三维激光扫描技术在矿山方面的应用也很多，对于矿山的数据处理，能够采用三维激光扫描技术进行矿山的数据采集，绘制云图，然后经过数字化的矿山软件实现高效经济的矿业工作。三维激光扫描技术能够对巷道进行精确的三维测量，对于其修复变形监测等都具有实际的指导作用[6]。三维激光扫描技术能够完成采矿设计，空区的充填以及安全方面的工作预测，对多个方面都有科学的指导意义。对于一些沉陷等事故，三维激光扫描技术能够快速准确的检测到，对安全生产提供强有力的保障。

3 结束语

    三维激光扫描仪在地质矿产方面的应用非常广泛，其发挥的作用也是其它技术所不可比拟的。对于三维激光扫描技术的研究，在未来的地质矿产方面的应用，有深远的意义。如何更好的进行地质勘探和矿产探测，一种好的方法是很重要的，其对于地形地质的研究提供有价值的参考，对于矿产的鉴别等，都有很重要的意义。相信在科学技术不断的发展的道路上，三维扫描技术将会发挥自己更大的作用，其对于地质矿产的应用研究，将会有新的突破。

参考文献：

[1] 毛方儒, 王磊. 三维激光扫描测量技术[J].宇航计测技术: 2005, 25(2):1- 6.

[2] 张国辉等.基于三维激光扫描仪的地形变化监测[J].仪器仪表学报，2006.6（27）

[3] 徐进军, 张民伟. 地面3 维激光扫描仪: 现状与发展[J]. 测绘通报: 2007,(1): 47- 50.

[4] 宋宏.地面三维激光扫描测量技术及其应用分析[J].测绘技术装备,2008.2(10)

[5] 马立广. 地面三维激光扫描仪的分类与应用[J]. 地理空间信息. 2005, 3 (3):60- 62.

[6] 范海英, 杨伦, 邢志辉等.Cyra 三维激光扫描系统的工程应用研究[J]. 矿山测量:2004, (3):16- 18.