三维激光扫描技术在矿山地形测绘与储量计算中的应用与数据处理优化

1 三维激光扫描技术在矿山应用中的核心优势

三维激光扫描技术通过发射激光束对目标区域进行高密度、快速采样，生成包含空间坐标、反射强度等信息的点云数据，相较于传统全站仪、GPS等测绘技术，在矿山场景中具备三大突出优势：一是非接触式测量，可在远离采空区、高陡边坡等危险区域完成数据采集，避免人员直接进入风险环境，显著提升作业安全性，同时无需与目标表面直接接触，适用于矿山中不规则矿体、破碎岩壁等难以布设测量标志的场景；二是高精度与高密度，主流三维激光扫描仪的单点测量精度可达 ± 2mm ，点云密度可达到每平方米数千至数万个点，能够精准还原矿山地形的细微特征，如边坡裂缝、矿体形态变化等，为后续建模与监测提供高分辨率数据基础；三是高效率与广覆盖，单台设备单日可完成数万立方米区域的扫描作业，相较于传统测绘技术效率提升 5-10 倍，且可通过多站扫描拼接实现大范围矿山区域的完整覆盖，有效解决矿山地形复杂导致的测量盲区问题，同时扫描过程自动化程度高，减少人为操作误差，保障数据一致性。

2 三维激光扫描技术在矿山地形测绘中的具体应用

三维激光扫描技术在矿山地形测绘中可实现全场景覆盖，其核心应用集中在三个方面：其一，矿山地表三维建模，通过在矿山地表布设多个扫描站点，获取包含矿体分布、地表植被、运输道路、工业场地等要素的点云数据，经数据预处理后导入建模软件（如 Geomagic、AutoCAD）构建三维可视化模型，模型可直观反映矿山地表地形起伏与地物分布特征，相较于传统等高线地形图，能更清晰呈现采场边坡坡度、凹陷区域形态等关键信息，为矿山开采规划、排土场选址提供精准地形依据，某露天铁矿应用该技术后，地表建模精度较传统方法提升 40% ，有效支撑了边坡稳定性分析；其二，开采边界动态监测，定期对矿山开采区域进行扫描，通过对比不同时期的点云数据与三维模型，计算开采边界的位移量、开采面积与开挖深度，实时掌握矿山开采进度，同时监测采场边坡的变形情况，当边坡位移量超过预警阈值时及时发出警报，避免滑坡、坍塌等地质灾害发生，某地下矿山通过每月一次的扫描监测，成功预警 3 处边坡潜在失稳区域，保障了开采作业安全；其三，井下巷道三维重构，针对井下黑暗、潮湿、空间狭窄的复杂环境，采用便携式三维激光扫描仪对巷道内壁、支架结构、设备布局进行扫描，生成巷道三维模型，模型可精确测量巷道断面尺寸、长度、坡度等参数，为巷道维护、通风系统优化、采矿设备选型提供数据支持，解决了传统井下测绘效率低、精度差的问题，某煤矿井下巷道扫描实践表明，其断面尺寸测量误差可控制在 ± 5mm 内，满足巷道工程质量验收标准。

3 三维激光扫描技术在矿山储量计算中的实施流程与精度提升

三维激光扫描技术通过精准获取矿体空间形态数据，为矿山储量计算提供可靠数据来源，其实施流程主要包括四个步骤：首先，数据采集规划，根据矿山矿体分布范围与地形特征，确定扫描站点位置与数量，确保扫描区域无盲区，同时设置扫描分辨率（通常矿山场景选择 1-5mm 分辨率），平衡数据精度与采集效率；其次，点云数据预处理，对采集的原始点云数据进行去噪（去除粉尘、噪声点）、滤波（消除植被、无关地物干扰）处理，保留矿体与矿岩交界区域的有效点云；再次，矿体模型构建，基于预处理后的点云数据，采用表面重建算法（如泊松重建、Alpha 形状算法）构建矿体三维模型，明确矿体边界与品位分布区域；最后，储量计算，结合矿体模型与地质勘探数据（如钻孔品位数据），采用地质块段法、断面法等方法计算矿石储量，相较于传统基于少量勘探点的储量计算方法，该技术通过高密度点云数据实现矿体形态的精准还原，减少了因矿体形态假设导致的计算误差。实践数据显示，某有色金属矿山采用三维激光扫描技术后，储量计算误差从传统方法的 8%-12% 降至 3% 以内，为矿山生产计划制定、资源储量管理提供了精准数据支撑，同时可实现储量的动态更新，通过定期扫描计算不同开采阶段的剩余储量，避免资源浪费与过度开采。

4 三维激光扫描技术在矿山应用中的数据处理优化策略

尽管三维激光扫描技术优势显著，但矿山复杂环境易使数据处理出现问题，需针对性优化：一是进行数据采集冗余优化，矿山扫描范围含大量非目标区域，扫描前划定感兴趣区域，设置扫描角度与距离阈值，采用分层扫描，避免点云数据混杂。某矿山经此优化，数据采集量减少 30% ，处理效率提升 25%. 。二是优化点云去噪算法，矿山中粉尘等易产生噪声点，传统算法难彻底去除，采用基于深度学习的去噪模型，结合反射强度阈值筛选有效点云，去噪后信噪比提升 40% 以上。三是开展多站数据配准优化，矿山多站扫描数据配准易因特征点不足产生偏差，采用标靶与自然特征结合的配准方法，布设球形标靶确保初始精度，用迭代最近点算法优化结果，引入约束避免累积误差。某井下矿山经此优化，配准误差从± 15mm 降至± 3mm 。四是进行数据存储与可视化优化，矿山点云数据量大，采用点云压缩算法减少存储量，开发矿山专属三维可视化平台，集成多种数据，实现一体化管理与动态展示，提升决策效率。

5 结论

三维激光扫描技术为矿山地形测绘与储量计算提供了革命性的技术手段，通过非接触式、高精度、高效率的测量优势，有效解决了传统技术在矿山复杂环境中的局限性，在地表建模、边界监测、巷道重构与储量计算中发挥重要作用。针对数据处理中的冗余、去噪、配准问题，提出的优化策略可显著提升数据处理效率与精度，为矿山安全生产、资源高效利用提供保障。未来随着技术的不断发展，需进一步推动三维激光扫描技术与BIM、GIS、物联网等技术的融合，实现矿山地形测绘、储量计算与生产管理的智能化一体化，助力矿业行业向绿色、高效、安全的智能化方向发展。

参考文献

[1]马冰冰,刘梦洒. 基于三维激光扫描的有色金属矿山高精度测量方法与应用研究[J].世界有色金属,2025,(13):211-213.

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