空间信息获取是实现煤炭智能化开采与井下场景监控的基础,对提高开采效率有重要意义。基于激光扫描的三维点云数据采集系统以其非接触、高速高精度、适应性强等优点成为复杂环境三维场景建模及测量领域的研究热点。本文基于激光扫描原理设计了一套可以应用于矿井环境的三维点云数据采集与预处理系统,实现了三维空间信息的获取并能够完成井下的一些测量任务。本文点云采集装置以高速激光测距传感器为核心,基于激光扫描原理设计,电机驱动单元、机械传动机构、多面棱镜和高精度角度编码器组成的光学扫描结构将一维激光测距扩展为三维激光扫描。点云采集装置通过以太网接口向上位机软件发送数据并接收控制命令。为了使点云采集装置能够应用于矿井环境,本文对其作了防爆设计。上位机软件基于Qt框架和PCL库开发,通过标准网络协议与采集装置通信,实现控制命令的发送和点云的接收、存储、可视化、预处理等功能。针对采集装置获取的原始点云中离群点和噪声点较多并且点云数据量庞大不利于后期处理的问题,本文深入研究了离群点识别与剔除和表面平滑等预处理算法,提出了一种特征保持点云压缩算法,通过实验验证了算法的效果。此外,针对井下掘进窗口测量和工作面上空间测距的需求,本文提出了基于二维激光扫描采集轮廓点云和RANSAC算法拟合直线的掘进窗口快速测量方法,研究了通过点云采集装置的定点扫描模式实现快速空间测距的方法,通过实验证明了方法的可行性。本文研究的三维点云数据采集与预处理系统不仅能够准确获取井下场景三维空间信息,还可以完成掘进窗口测量和空间测距等任务,具有操作简便、成本低廉的特点。