引言
三维激光扫描技术是一种利用激光测距原理，通过高速扫描被测物体表面，获取其三维坐标信息的技术。该技术主要由扫描仪、控制系统和数据处理系统三部分组成。扫描仪是核心部分，包括激光发射器、接收器和控制电路板等，激光发射器发出激光束，接收器接收反射回来的激光束，通过计算时间差来获取距离信息；控制系统控制扫描仪的旋转和移动，实现三维扫描；数据处理系统则对采集的数据进行处理，得到被测物体的三维坐标信息，包括X、Y、Z坐标以及R、G、B颜色信息和物体反射率信息。随着科技的不断进步和矿山地质测量需求的不断增加，三维激光扫描技术将会得到更广泛地应用和发展，该技术将朝着高精度、高效率、便携化和智能化方向发展。同时随着5G等通信技术的发展，三维激光扫描技术将会与物联网、云计算等技术融合实现更高效的数据采集和处理，这将为矿山地质测量带来更加精准、高效、智能的解决方案。
1 三维激光扫描技术的优势
1.1高精度、高分辨率
三维激光扫描技术能够获取大量、密集的三维坐标点集合，这些点云数据不仅数量庞大，而且分布均匀，能够精确地反映被测物体表面的几何形态和微小细节。在矿山地质测量中，高密度点云数据为构建精确的三维模型提供了坚实的基础，模型中的每一个细节都得以准确呈现，无论是矿山的整体轮廓、地形起伏，还是岩石的纹理、节理等地质特征，都能得到清晰的表现。而且，在相同的空间范围内，三维激光扫描技术能够获取到更多的数据点，从而更加精细地刻画被测物体的表面形态。例如，在评估矿山开采对地形的影响时，高分辨率模型能够准确地反映地表沉降、裂缝等微小变化；在进行矿体形态分析时，高分辨率模型能够清晰地展示矿体的边界、厚度等特征参数。这些精确的计算和精细的分析为矿山开采方案的制定、开采过程中的监测和调整提供了科学依据[1]。
1.2非接触式测量
在矿山环境中，会存在崩塌、滑坡、有毒气体等安全隐患，传统的接触式测量需要人员直接接近被测物体，增加了发生安全事故的风险。而非接触式测量通过激光束等远程手段进行数据采集，人员无需直接接触被测物体，从而大大降低了测量过程中的安全风险。并且，非接触式测量能够迅速扫描大面积区域，快速获取大量的三维数据，这种高效的数据采集方式不仅节省了时间，还减少了因人员疲劳或环境限制导致的测量中断。因此，在矿山等需要快速获取地质信息以指导开采工作的环境中，非接触式测量的高效性显得尤为重要。
1.3高效便捷
三维激光扫描仪作为现代测量技术的杰出代表，以其高度的自动化和智能化特点，极大地提升了测量工作的效率和便捷性。三维激光扫描仪通常配备有直观易用的操作界面，用户只需简单设置扫描参数，如扫描范围、精度要求等，即可启动一键扫描功能，扫描仪会自动调整激光束的发射与接收，按照预设的路径或模式进行快速扫描，无需人工干预，大大节省了人力和时间成本。在扫描过程中，三维激光扫描仪能够自动进行内部校准，确保测量数据的准确性和稳定性，这种自动校准功能减少了因人为操作不当导致的误差，部分高端的三维激光扫描仪还具备自动避障功能，能够在扫描过程中自动识别并避开障碍物，确保扫描的连续性和完整性。这一功能在复杂多变的矿山环境中尤为重要，能够避免因障碍物干扰而导致的扫描中断或数据缺失。
2 三维激光扫描技术在矿山地质测量中的应用
2.1 矿山三维模型构建
三维激光扫描技术能够快速获取矿山地表的点云数据，并据此构建出高精度的三维模型，这些模型不仅可用于矿山的可视化展示，还可应用于等高线、端面线、坡顶线、坡底线等的提取，为矿山的开采规划、产量核算、岩层分析等提供重要依据。特别是在露天矿中，由于露天矿的地形复杂多变，传统的测量方法往往难以准确反映矿山的实际地形地貌。而三维激光扫描技术能够快速构建出高精度的三维模型，准确反映矿山的实际地形和地貌特征，为后续的开采作业提供精确的数据支持。这有助于优化开采方案、提高开采效率、降低开采成本，并保障开采过程中的安全。
2.2井架变形监测
在日常使用中，井架可能因受到下层及外力的作用而发生变形，传统的变形监测方法往往存在观测数据量少、监测效率低等问题。而三维激光扫描技术能够实现对井架的大面积、非接触式测量，快速获取其三维坐标信息，并据此计算出井架的变形情况。技术人员在井架周围设置扫描站点，确保能够全面覆盖井架的各个部分，使用三维激光扫描仪对井架进行多次扫描，获取其表面的高密度点云数据，如井架的三维坐标、反射率等详细信息。完成相关工作后，技术人员将采集到的点云数据导入专业的三维建模软件中，进行预处理和清洗，去除噪声点和冗余数据，通过软件内置的算法，对点云数据进行拟合和重建，构建出井架的三维模型。该模型能够真实反映井架的形状和尺寸信息。在此基础上，技术人员可基于不同时期的井架三维模型，进行整体对比和求差分析，提取出井架的变形信息。通过计算井架的位移量、倾斜度等变形参数，评估其稳定性和安全性，并可以结合地质勘察和力学分析等方法，对井架的变形原因进行深入探究，这种方法不仅提高了监测的精度和效率，还降低了作业人员的安全风险[2]。
2.3地下采空区变形监测
三维激光扫描技术能够实现对地下采空区的全方位扫描，获取其三维坐标信息，基于三维激光扫描技术获取的点云数据，可以构建出采空区的三维模型，通过对比不同时间点的三维模型，可以直观地观察到采空区的变形情况，并计算出具体的变形参数，如位移量、沉降量等。这些变形参数不仅反映了采空区的当前状态，还揭示了其发展趋势和潜在风险，通过对变形情况的分析，可以评估采空区的稳定性和安全性，为后续的治理和防护工作提供科学依据[3]。在实际应用中，三维激光扫描技术已经成功应用于多个地下采空区的变形监测项目中。例如，在煤矿、金属矿等矿山开采过程中，通过三维激光扫描技术对采空区进行定期扫描和监测，可以及时发现并处理潜在的变形问题，确保矿山的安全生产。同时，该技术还可以为矿山的开采规划、资源管理和环境保护等工作提供重要参考。
结束语
综上所述，三维激光扫描技术作为一种先进、高效的测绘手段，为矿山的开采规划、安全监测、环境保护等多个方面提供了强有力的数据支持。随着技术的进一步融合与创新，自动化、智能化水平的不断提升，以及标准化、规范化进程的加速推进，三维激光扫描技术将更加广泛地应用于矿山的各个环节，为矿山的可持续发展贡献更大的力量。
参考文献：
[1]孟强,王玉柱.矿山地质测绘中数字化测量技术的应用探讨[J].冶金与材料,2023,43(9):77-79.
[2]韦云峰.基于三维激光扫描技术的矿山地质测绘精度评估系统[J].矿业装备,2023(7):13-15.
[3]罗昭献.关于三维激光扫描技术在地质测绘中的应用[J].世界有色金属,2023(7):166-168.