基于三維激光掃描技術(shù)的礦山地質(zhì)工程精度檢測應(yīng)用研究

（北京中色測繪院有限公司，北京 100000）

測繪成果精度檢測是三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用下測繪成果質(zhì)量檢驗中的重要組成部分，是三維激發(fā)掃描技術(shù)應(yīng)用不可或缺的環(huán)節(jié)。對此，面對礦山工程三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴展，有必要加強三維激光掃描技術(shù)精度檢測測繪成果研究，掌握測繪精度檢測方法，提升礦山三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量。

1 對“三維激光掃描技術(shù)”的基本認(rèn)識

三維激光掃描技術(shù)（3D laser scanning technology）又被稱之為“實景復(fù)制技術(shù)”（Scene replication technology）是繼GPS空間定位技術(shù)發(fā)展后測繪領(lǐng)域又一技術(shù)革命產(chǎn)物。三維激光掃描技術(shù)出現(xiàn)于二十世紀(jì)九十年代，以激光測距原理為基礎(chǔ)，通過激光掃描實現(xiàn)被測對象三維坐標(biāo)及其相關(guān)信息的精準(zhǔn)、高速獲取，并根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)信息進行被測對象三維模型的復(fù)建，實現(xiàn)幾何數(shù)據(jù)、影響信息的有效轉(zhuǎn)換，以滿足空間信息數(shù)據(jù)庫構(gòu)建需求。對于傳統(tǒng)技術(shù)而言，三維激光掃描技術(shù)實現(xiàn)測繪領(lǐng)域單點測量向面測量的演進，具備測量精度高、效率高、時效性強、空間點位信息大量采集、不接觸性、自動化、主動性等特征[1]。目前，礦山地質(zhì)三維激光掃描技術(shù)已經(jīng)在大型礦山建筑等工程測量領(lǐng)域，以及地質(zhì)勘查領(lǐng)域等得到廣泛應(yīng)用[2]。

2 三維激光掃描技術(shù)精度檢測測繪應(yīng)用

2.1 應(yīng)用理論分析

三維激光掃描技術(shù)相關(guān)概述分析可知，三維激光掃描技術(shù)已經(jīng)成為測繪領(lǐng)域應(yīng)用的核心技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。而在三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用過程中，需對測繪成果進行精度檢測，包括“平面相對位置與絕對位置精度”、“地理精度”“高程精度”等的科學(xué)檢測，以保證三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用下所獲得檢測結(jié)果的準(zhǔn)確，提升技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量與效率。因此，精度檢測是三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用不可或缺的存在，三維激光掃描技術(shù)檢測測繪成果精度的科學(xué)應(yīng)用直接關(guān)系著三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量。就當(dāng)前測繪成果檢測實際發(fā)展情況來看，仍以傳統(tǒng)測繪成果檢測方法為主，三維激光掃描技術(shù)及三維激光掃描技術(shù)檢測測繪成果精度的應(yīng)用有待進一步強化。對此，在已有研究經(jīng)驗歸納與總結(jié)的基礎(chǔ)上，以提升測繪質(zhì)量與效率，促進三維激光掃描技術(shù)推廣，降低測繪成果精度檢測工作壓力為目的。

2.2 應(yīng)用實踐分析

根據(jù)上述檢測方案，以某礦山地質(zhì)測繪項目為例，就三維激光掃描技術(shù)精度檢測測繪應(yīng)用進行了如下分析。

2.2.1 測繪成果檢測對象與檢測指標(biāo)

以某礦山地質(zhì)測繪項目第三作業(yè)區(qū)為檢查區(qū)，利用三維激光掃描技術(shù)精度檢測來實現(xiàn)對數(shù)字化測圖方法下測繪礦山地質(zhì)地形圖的檢測。要求礦山地質(zhì)測繪地形圖中建筑區(qū)高程標(biāo)記點與鄰近圖根點高程之間存在的偏差控制在15cm以內(nèi)；平地等高線差求點高程誤差控制在等高距（0.5m）三分之一以內(nèi)；丘陵地等高線差求點高程誤差控制在等高距二分之一以內(nèi)。

2.2.2 高精度點云數(shù)據(jù)獲取與處理

在進行高精度點云數(shù)據(jù)采集過程中：①需到檢測地進行實地勘查，根據(jù)檢測現(xiàn)場實際情況進行三維激光掃描方案的制定，確定所選用的三維激光掃描儀器。在本文所研究項目中，設(shè)計采用三維激光掃描系統(tǒng)對抽取的檢測范圍進行自動化無死角掃描。在此過程中，為提升數(shù)據(jù)全面性、完整性、準(zhǔn)確性，科學(xué)控制掃描測站間距離（小于50m）與點云密度（3cm～6cm），并利用補充掃秒方式對特殊區(qū)域進行針對性掃描。②區(qū)域有針對性細(xì)分，進行點云拼接誤差的有效控制。通常情況下，區(qū)域細(xì)分過程中需注重區(qū)域內(nèi)測站數(shù)據(jù)的有效控制，多數(shù)情況下以5個～30個左右為宜。③根據(jù)測塊完成點云拼接、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。在拼接與轉(zhuǎn)換過程中，由于檢測對象是地形圖，不考慮制圖接邊問題。④利用相關(guān)軟件轉(zhuǎn)換測塊點云，并保證轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)符合相關(guān)精度要求。⑤采用對比分析法進行點云精度的自檢，將不符合要求的測塊點云數(shù)據(jù)剔除，并通過大地坐標(biāo)重新選擇、坐標(biāo)重新轉(zhuǎn)換等方法提升測塊點云精度。

2.2.3 精度測繪成果評定

在保證點云數(shù)據(jù)自檢符合精度要求后，進行礦山精度測繪成果評定，具體操作如下：①平面絕對位置精度評定，即利用特征點擬合提取法，通過對比分析實現(xiàn)礦山平面圖絕對位置精度的檢測。在此過程中，將點云進行切片處理，實現(xiàn)點云有效剖切（切邊厚度需控制在2cm以內(nèi)）；從獲得的切片點云中進行近鄰點云檢索，檢索到的礦山近鄰點云需擬合地形特征點；利用魯棒迭代最小二乘算法，獲得近鄰域擬合地形特征點，并在對比分析中實現(xiàn)算法擬合錯誤點的剔除；將在點云（三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用下獲得）中提取到的特征點，和礦山地質(zhì)地形圖同名點進行比較，通過計算中誤差，實現(xiàn)平面絕對位置精度的有效檢測。②平面相對位置精度評定，即利用切片點云，實現(xiàn)點云中地物邊長、地物點間距與地形圖中地物邊長、地物點間距的對比分析，通過中誤差計算分析，進行平面相對位置精度的檢測。③礦山地質(zhì)地形圖高程精度的評定，即利用算法擬合法、三維點云交互提取法實現(xiàn)高程標(biāo)記點、等高線差求點的獲得，在點云與地形圖相關(guān)數(shù)據(jù)對比分析中實現(xiàn)高程精度檢測。④礦山地質(zhì)地形圖地理精度的評定，即依托計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在三維點云進行人機交互式檢查，實現(xiàn)點云數(shù)據(jù)與地形圖地理精度對比分析，實現(xiàn)地理精度的有效檢測。在此過程中，獲取三維點云，根據(jù)其所具有的“所見即所得”特點，在計算機中進行實景再現(xiàn)，并通過人機交互進行地理要素類別、地理要素誤差、地理符號使用偏差的比較分析，根據(jù)比較結(jié)果判斷地形圖地理精度是否達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

三維激光掃描技術(shù)作為測繪領(lǐng)域中的一項新興技術(shù)，在一定程度上有效改善了傳統(tǒng)測繪技術(shù)單電測量弊端，實現(xiàn)礦山地質(zhì)測繪質(zhì)量與效率的提升。隨著三維激光掃描技術(shù)理論與實踐研究的不斷深入，三維激光掃描技術(shù)將得到進一步完善，成為礦山地質(zhì)測繪領(lǐng)域支柱型技術(shù)。對此，相關(guān)人員需明確認(rèn)知與掌握三維激光掃描技術(shù)精度檢測測量應(yīng)用方法，提升技術(shù)應(yīng)用可靠性。