合作伙伴实测 | 灵光 L 系列探秘地下矿洞

一、矿洞测量的复杂性与挑战

矿洞是人类为开采地下矿产资源而挖掘的地下空间，主要用于提取金属、非金属等矿产资源。矿洞环境通常地形复杂，开采活动频繁，且存在诸多安全隐患。其内部常存在：

• 垂直高差超百米的作业竖井
• 受地质活动持续变形的巷道
• 积水暗河形成的动态水文环境

为了保障矿产生产的安全进行，对矿洞巷道断面进行精确测量和分析显得尤为重要，然而，传统的测量方法不仅耗时耗力，且在复杂环境中存在较大风险。因此，如何获取高精度的测量数据，成为矿洞规划和安全管理的核心需求。

二、SLAM：开启地下空间三维数字化

SLAM 技术，作为一种利用激光雷达、相机、惯性测量单元等传感器实现环境感知和自主导航的技术，可实现地下无 GPS 信息空间的数字化，正逐渐成为矿洞测量的新宠。相较于传统测量方法，SLAM 技术具有显著优势：

• 高效快速：通过激光雷达设备迅速捕捉矿洞区域的地形和物体信息。
• 非接触式测量：无需与物体或地表进行物理接触，通过激光雷达设备实现高度精确的测量，提高了测量的安全性和灵活性，降低了潜在风险。
• 高精度和全面性：SLAM 技术能够提供高精度的数据，以及对地形和物体的全面覆盖，为地质分析、开采规划和监测提供了有力支持。

三、SLAM 在石灰石矿洞扫描中的应用

本次扫描地点位于粤东某石灰石场地下矿洞。石灰石作为重要的非金属矿产资源，广泛应用于建筑、化工等领域。客户此前使用架站式全站扫描仪 Trimble SX10，通过作支导线方式，架百余站扫描矿洞三维模型，从而获取地下矿洞的带绝对坐标的点云数据，并依据点云模型用于 Mesh 建模。

但在高差大陡壁的竖井和地表径流渗入内部形成的矿洞内湖等复杂环境中，架站式扫描仪无法完全覆盖整个矿洞，为此，客户引入了移动式三维扫描仪——灵光 L2 Pro，对复杂场景进行补充扫描。

扫描前期对矿洞现场作勘探

1、设备介绍：灵光 L2 Pro

灵光 L2 Pro 是其域创新自主研发的旗舰级手持三维激光扫描仪，具备实时建模、高精度、便携易用等特点，能快速获取地下矿洞的点云。其采用激光+视觉 Multi-SLAM 定位方式，不依赖三脚架或固定位置静态扫描，能够在复杂地形中边走边采集，扫描速度高达64万点/秒。设备支持实时图传，扫描过程中可通过手机端实时查看点云数据，确保数据采集的完整性和准确性。

设备参数

2、外业测量工作流

设备初始化

在平整地面上启动，使设备初始化20秒，预热惯导。

控制点采集

事先在布设好的控制点贴反光贴，在扫描途径时，着重停留并重复扫描控制点。

矿洞内暗河扫描

乘坐移动木筏，边划船边扫描，通过手机端 LixelGo 连接灵光 L2 Pro，扫描数据快速图传，扫描情况实时反馈，拒绝漏扫，确保数据全面覆盖。

竖井扫描

扫描矿洞内竖井时，在保障人身安全的情况前提下，谨慎且不拖沓地完成扫描。

3、内业数据处理流

点云成果预览

河道整体点云成果

竖井整体点云成果

竖井内部点云成果

坐标转换

使用 Trimble RealWorks 点云配准模块中的地理坐标转换功能，根据已做好支导线控制点，戳中反光贴中心，输入至少三个绝对坐标，确保点云数据的绝对精度。

TRW 坐标转换

河道的转换误差为 4.848mm，精度良好

竖井的转换误差为 4.823mm，精度良好

点云融合

将河道和竖井的点云导入 SX10 的总成果内，手扫点云经绝对坐标的转换，点云间完美适配，无错层。

点云融合

河道点云嵌入前后导入图

竖井点云嵌入前后导入图

4、Mesh 模型生成与体积计算

通过 Trimble RealWorks 软件中的创建三角网模型，为矿洞生成 Mesh 模型，并使用 GeoMagic 进行后处理，最终计算出矿洞体积为114548.34m³。

矿洞 Mesh 模型

矿洞体积计算

四、总结：SLAM 在矿洞测量中的价值

SLAM 技术在此次矿洞测量中的应用，展现了其在高效性、安全性和精度方面的显著优势。通过移动式三维激光扫描技术，矿洞勘探和管理的效率得到了极大提升，尤其是在复杂环境下的测量任务中，SLAM 技术表现出了传统方法无法比拟的灵活性和可靠性。

未来，随着 SLAM 技术的不断进步，其在矿洞测量中的应用将更加广泛。通过科学合理的走位、小回环优化以及 IMU 惯导的稳定性能提升，SLAM 技术有望进一步释放其潜力，推动矿洞测量领域向更高精度、更高效率的方向发展。

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