摘要：SLAM测量技术在当下已经普及，相较传统测量仪器，基于SLAM技术的移动式三维激光扫描仪在矿山井下进行测量所获取到的数据更为精准。文章简述了SLAM测量技术的原理与扫描仪应用优势，并从数据采集、点云拼接、坐标转换、点云成图以及精度评定五个角度出发，阐述了扫描仪在矿山井下测量应用实践要点，希望能够为同行业工作者提供一些帮助。

关键词：SLAM测量技术；移动式三维激光扫描仪；原理与优势；实践要点

引言：

决策科学化、装备智能化以及信息集成化，已然成为当下矿山行业的转型升级方向。以其中的矿山测量环节为例，为保证矿山开采情况的掌握实时性与全面性，面对复杂的巷道掘进状况，需选择使用合适的测量仪器用以打破传统单点测量的局限性。基于SLAM测量技术的移动式三维激光扫描仪的出现，全天候、连续、快速等工作优势，使得矿山内部三维点云数据可快速且全面的采集，所打造出的数学模型具有高精度与高分辨率的特点，提供给了矿山行业转型升级更多类型的资料支持。

1 SLAM原理

SLAM测量技术并不依靠卫星信号，因此可在较为封闭的空间内展开移动测量，可适应矿山采空区内的环境，进而保证数据采集效果，包含了惯性测量单元、SLAM算法以及激光扫描仪三个主要部分。以其核心算法为例，可保证计算出的高动态移动轨迹的整体精准度，与空间场景中对应的三维数据精准度密切相关。通过将算法与扫描仪相结合，时间轴特征点、姿态数据、移动距离、角度信息等，皆可快速且完整地获取。

2 矿山井下测量过程中三维激光扫描仪的应用优势

矿山经由长期开采，所形成的巷道结构较为复杂，其内部通常会隔绝多数的通信讯号且不存在天然光源。再加上矿山若处于生产状态，来往运输矿石的工具使得巷道环境复杂程度提升^[1]。此条件下，针对矿山井选择使用传统测量手段，用以获取到巷道位置、形态以及立体数据等，将无法保证其获取及时性与准确性。为匹配矿山生产的实际要求，将数字化矿山管控优势予以充分发挥，就需要获取到矿山内部开采的精确三维信息，但传统的测量技术通常无法展开现场测绘，或是获取到的数据精准度不足，重复设站与转站，同样会消耗大量成本。

通过采取三维激光扫描技术，可充分利用激光扫描优势，用以在短时间内突出矿山构筑物空间几何特征，基于点云形式用以获取在地形与物体上的三维空间尺寸以及相关的反射率信息，并可对扫描对象纹理予以全部保留^[2]。以经常使用的 GeoSLAMZEB-HORIZON移动式三维激光扫描仪为例，其不仅作业方式灵活，且完成室内外扫描作业的人员只需一人即可，不仅耗费的测量时间较少，且无需配合进行换站，并表现出了连续性应用特征。如此，可有效解决传统作业中的设备组装困难以及对工作人员操作水平要求较高等问题，提高了整体的工作效率。

相较传统测量技术，三维激光扫描技术的应用优势主要包括以下几点：

第一是对数据进行采集耗费时间较短，且可保证数据获取精准性；

第二是获取到的数据量较大，内容覆盖较为全面；

第三是技术应用具有较强的主动性特点，并不会对光照过度依赖；

第四是整个处理过程实现了全程自动化，可进一步提高信息传输速度；

第五是数据表达相对较为容易，获取到的点云数据在包含空间坐标的同时，点位属性信息同样获取较为全面。

3 测量应用实践

以某项目为例，其有对金矿山井下+180水平测量的需要，矿山内部所形成的巷道长度为500米，要求应掌握完整的开采巷道的实际开采情况。基于对矿山内部开采状况的了解，选择使用激光扫描仪扫描前，要求通过现场踏勘获取到基础的矿山井信息，进而制定出完善的行走路径方案，并应在各个分区形成相应闭合环，进而保证区域的扫描重叠度^[3]。随后，通过对巷道结构进行扫描，即可获取到质量相对较高的点云数据。在联系地表区域所布设的4个绝对坐标控制点后，即可将获取到的坐标数据为基础，展开深入的扫描仪应用实践研究，例如数据拼接融合、绘制平面图、切面处理等。

3.1采集外业数据

所举例项目配备了1名外业人员与1套测量设备。外业数据的采集流程相对较为简单，在开机后等待30秒，待设备完成初始化后，即可携带装有数据记录仪器与电池的背包，稳定拿持扫描头后，基于预先设定的规划线路展开匀速前进，从而在人员行进的过程中完成分配的扫描任务。设备可进行的扫描测程约为100米，其点云的相对精度一般在±3厘米左右。利用设备中所包含的飞萤相机，可对整个扫描过程中所拍摄获取的影像信息进行实时记录，简单处理后，即可确保点云包含彩色纹理信息，又或是可将其作为对矿井下构筑物予以辅助识别或现状分析的重要依据。

3.2点云拼接融合

相应设备扫描任务结束后，即可将数据导入到U盘中，对其中的数据精准性进行检查与判断，并做好参数设置工作^[4]。通常需要将数据输入到对应软件展开对信息的自动解码分析，整个流程全程自动化，无需操作人员配合即可出色完成数据处理任务。针对多段已经完成坐标转换的分段扫描数据，通常可进行拼接融合处理，并应在融合完成后即可将其中所存在的噪点剔除，或展开对数据的简单化处理，用以将点云可视化效果予以强化。

3.3转换数据坐标

利用专业扫描设备所后获取到的点云数据坐标具有相对性特点，因此需将其进行绝对坐标的转换处理。通常情况下，建议在各个有分段扫描需要的巷道的两端进行控制点布设。实际扫描过程中，一般需要将基准板放置于控制点处，静止5秒后即可在系统的辅助下对控制点参考点位进行自动记录。为避免出现误差累积的现象，要求系统应对控制点参考点位进行自动记录，并配合使用仿射变换等数据转换计算方法。完成以上任务后，即可在专业软件的帮助下，对相应的坐标进行校正处理，并在软件的配合下生成相应的转换数据，形成对应的精度报告。

3.4依据点云成图

完成坐标转换与数据拼接任务后，即可展开对点云数据质量的检查工作，确保应将匹配精度要求的点云，实时导入至专业软件展开点云编辑制图工作。在确定点云与同步影像匹配完成后，即可借由软件对点云数据对应的3D效果予以查看，或显示为2D效果图^[5]。点云数据最为突出的特点在于可基于RGB真彩色以清晰展现数据细节，相较成果图更为直观，可对巷道的开挖现状进行全面查看与综合分析。此外，建议将点云数据导入到CAD软件内，基于点云输出影像文件，可将文件中的坐标进行提取并同步展开平剖面切割，可快速得出线划图DLG。

3.5精度评定

为确保对三维激光扫描仪的测算结果精度验证的有效性，需展开对处于开采状态的随机一段巷道已知矿石量进行体积方面的测算，判断所使用的哪种测量方式更能够与真实值相接近。而通过对巷道特征点数据集的分类提取，例如布设控制点等，可选择使用较为传统的全站仪手段展开数据精度的可靠性验证，进而得出相应的扫描精度评定结果，可展开对所形成误差的深入分析^[6]。而为进一步提高真实值准确性，也可对矿石重量进行测算，确定所获取到的矿石重量为每立方米2.66吨。综合使用扫描仪、全站仪与RTK结合两种方法针对采空区进行测量，可发现激光扫描仪获取的测量结果更接近于真实值，且耗费的扫描时间相对更短且获取点数更多。若仅仅对大型采空区进行测量，则获取的结果精度也将会进一步提升。从实际情况来看，激光扫描仪的使用可匹配当下对于矿山井下测量的精度需求，奠定了扫描技术大范围推广应用的基础。

结束语：

综上所述，相较传统全站仪等测量技术，基于SLAM测量技术的三维激光扫描仪的应用效果更佳。尤其是面对结构较为复杂的矿山井时，在获取测量数据时其优势更为突出，节约测量成本与提高测量效率的同时，可进一步提高测量精度。相信随着开采监管体系的持续完善，扫描仪等先进测量技术的优势也会凸显得愈发明显，为加速数字化矿山的转型建设奠定基础。

参考文献：

[1]曾贵庭.工程测量技术在金属矿山井下开采中的应用分析[J].世界有色金属，2022（21）：34-36.

[2]周英烈.矿山井下需水量短期预测的Simulink仿真技术研究[J].采矿技术，2022，22（04）：220-224.

[3]熊大鹏，张居科.三维激光扫描技术在矿山井下采空区测量中的应用[J].世界有色金属，2021（20）：28-29.

[4]牛家宽，钱小峰.移动式三维激光扫描技术在矿山测量中的精度及误差分析[J].现代矿业，2021，37（05）：53-56.

[5]刘志强.基于SLAM技术手持三维激光扫描仪在铜矿山井下的应用[J].中国矿山工程，2021，50（02）：13-16.

[6]张君，胡哲骏，刘晓杨.三维激光扫描设备在矿山井巷工程快速测绘中的应用[J].采矿技术，2020，20（06）：229-232.

（作者单位：武汉铁路职业技术学院）