三维激光扫描在矿山基建边坡工程测量中的实践研究

张顺忠¹  陈俊山²  徐玲³

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摘要：矿山基建阶段边坡地形条件复杂，危岩陡坎较多，传统人工测量作业风险高，数据采集完整度存在明显不足。三维激光扫描能够实现非接触式快速获取边坡表面点云数据，有效适配矿山基建边坡的测量需求。本文结合矿山基建边坡工程现场工况，阐述三维激光扫描从前期筹备外业采集到数据处理的完整作业流程，分析技术在形态还原隐患识别工程量核算方面的实际应用，针对现场存在的干扰因素提出质量提升措施，为同类矿山边坡测量工作提供实践参考。

关键词：三维激光扫描 矿山基建 边坡测量 点云数据

0 引言

矿山基建边坡属于矿山开发过程中的关键工程单元，边坡地表起伏大，局部区域存在浮石与临空陡崖，给常规测量作业带来较多安全隐患。传统测量手段依靠人工布设测点开展数据采集，很难完整获取边坡全部表面信息，容易出现数据遗漏的情况。三维激光扫描凭借非接触高速采集的特点逐步应用于矿山工程领域，研究该技术在基建边坡测量当中的实操方法，能够降低外业作业风险，提升测量成果的完整程度，对保障矿山边坡施工安全具备重要的现实意义。

1 三维激光扫描矿山基建边坡现场作业与数据处理

1.1 矿山基建边坡扫描作业前期筹备工作

矿山基建施工现场存在施工机械物料堆载以及扬尘等各类干扰因素，正式开展三维激光扫描之前需要完成多方面的前期筹备工作。技术人员需要实地踏勘矿山基建边坡现场，掌握边坡整体走向高差分布以及周边施工活动范围，结合边坡的陡峭程度划分扫描测站的布设区域，规避浮石滑落与施工扰动带来的安全风险。根据边坡的实际规模确定扫描仪设备配套配件，同时梳理现场已有的控制点资料，为后续点云数据坐标配准做好基础准备。作业前还需要对设备开展状态检查调试，确认仪器各项功能正常运行，结合天气条件规划合理的作业时段，避开大风强光照以及扬尘浓度较高的环境，减少外界条件对扫描作业造成的不利影响，保障后续外业采集工作可以有序推进^[1]。

1.2 边坡现场外业数据采集实操过程

外业数据采集是三维激光扫描获取矿山基建边坡原始信息的核心环节，测站布设需要兼顾扫描覆盖范围与设备安全距离，不能距离边坡过近而受到落石威胁，同时也要控制测站间距减少扫描盲区。每完成一处测站架设之后调整扫描仪参数，根据边坡表面的材质状况设置扫描分辨率，对边坡主体区域以及危岩集中分布的重点部位适度提高采集精细度。多测站作业过程中合理设置公共标靶，依靠标靶实现不同测站点云之间的衔接，降低多站拼接带来的位置偏差。采集期间需要实时观察设备返回的扫描预览效果，一旦发现局部区域数据缺失就及时调整测站进行补扫。完成全部测站采集之后核对现场实际情况与扫描预览结果，确认边坡整体范围没有出现遗漏，再结束外业现场作业，避免返回室内后才发现数据不足而二次进场复测^[2]。

1.3 扫描原始点云数据处理及成果输出

外业采集得到的原始点云包含大量噪声点，矿山基建现场的施工设备漂浮粉尘以及空中杂物都会形成无效点云，必须经过室内处理才能够生成可用的工程测量成果。首先开展多站点云拼接，依托外业布设的标靶完成坐标统一转换，将全部测站数据整合至同一套工程坐标体系之内，接着开展点云去噪处理，剔除不属于边坡本体的漂浮点与干扰目标，保留边坡真实地表信息。完成点云过滤之后对数据进行抽稀，在不破坏边坡关键地形特征的前提下缩减数据体量提升运算效率。基于处理完成的点云模型提取边坡等高线断面以及三维模型，对照矿山基建工程的实际需求输出对应的图纸与数据文件，为边坡形态分析工程量计算以及施工复核提供可靠的数据支撑。

2 三维激光扫描的工程应用成效与优化对策

2.1 边坡形态还原及安全隐患识别应用实践

矿山基建边坡经过开挖之后地表形态复杂，局部会出现裂隙危石以及陡坎，依靠传统测点很难完整捕捉这类细微地形变化，三维激光扫描生成的高密度点云模型可以完整还原边坡整体形态与局部细节特征。技术人员依托三维模型能够直观查看边坡开挖之后的整体轮廓，对比设计边坡形态判断实际开挖面的起伏变化，快速定位边坡表面出现的局部凸起与凹陷。借助点云模型还可以识别边坡上裂隙发育区域和危岩体分布位置，标记潜在的失稳风险部位，弥补人工肉眼巡查存在的观察死角。结合多期次扫描数据进行比对，还可以观察边坡局部位置的形态变化趋势，辅助工作人员掌握边坡的整体稳定状态，为矿山基建边坡的安全管控以及防护方案设计提供真实客观的现场依据^[3]。

2.2 边坡工程量核算与工程图纸复核应用

矿山基建边坡开挖工程量核算直接关系项目投资管控，传统方式依靠少量测点推算开挖方量，对于起伏多变的边坡地表容易产生较大计算误差。三维激光扫描获取的高密度点云能够构建边坡开挖完成后的真实地表模型，将实测模型和设计开挖面模型开展叠加对比，就可以精确计算边坡开挖区域的土石方工程量，有效减少传统估算模式带来的数据偏差。同时可以依托点云数据提取边坡断面信息，对照矿山基建项目的设计图纸开展复核，核查边坡坡度平台宽度以及台阶高程是否达到设计标准，及时发现现场施工和设计方案存在的出入。完整的实测数据也能够留存矿山基建边坡开挖完成后的现状资料，为后续工程竣工归档以及后期矿山运维阶段的对比分析保留基础档案。

2.3 矿山复杂工况下作业质量提升改进措施

矿山基建施工现场时常面临扬尘光照变化山体遮挡等不利条件，会造成部分区域点云数据稀疏或者存在空洞，直接影响测量成果的整体质量。针对矿山现场复杂工况需要从外业和室内两个层面同步开展优化，外业阶段合理安排作业时间，尽量选择扬尘较少光线条件稳定的时段开展扫描，优化测站布设方式，通过多角度多位置扫描降低山体遮挡带来的数据盲区。室内处理环节完善点云修补流程，结合现场实拍影像对无法扫描获取的局部空洞区域进行合理补全，严格把控拼接配准精度，降低多站数据整合产生的累积误差。同时强化作业人员的实操能力培训，加深工作人员对矿山边坡工况的理解，建立扫描成果复核机制，对比现场实际情况校验点云模型，最大限度消除各类误差来源，保障三维激光扫描成果能够满足矿山基建边坡工程测量的精度要求^[4]。

3 结语

矿山基建边坡地形复杂危险系数较高，三维激光扫描非接触采集的优势可以有效弥补传统测量手段的短板，但是现场工况会对扫描成果造成一定干扰。从前期筹备外业采集到室内点云处理的全流程管控，是保障测量质量的关键。在实际工程当中需要结合矿山现场条件优化作业方案，充分发挥技术在形态还原隐患识别工程量核算方面的价值，不断提升矿山基建边坡测量工作的效率与安全性。

参考文献

[1]刘钰,袁曼飞.基于3D激光扫描技术的露天矿边坡监测分析研究[J].中国锰业,2019,37(4):86-89.

[2]魏占胜,王涛,鲍文福.三维激光扫描技术在露天矿山监测中的应用[J].采矿技术,2021,21(5):176-179.

[3]李建师.地面三维激光扫描支持下的矿山边坡变形监测分析[J].世界有色金属,2023,(23):121-123.

[4]陶方.基于地面三维激光扫描的边坡变形监测与评估[J].北斗与空间信息应用技术,2026,(1):61-63+75.

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