機載激光雷達測繪技術礦山測量中應用研究

吳端松

（廣州建通測繪地理信息技術股份有限公司，廣東 廣州 510000）

為了提高采點效率和帶寬，采用掃描的方式來改變激光束的發(fā)射方向，將這些設備有機地集成在一起協(xié)同工作，就構成了一個機載激光雷達測量系統(tǒng)。本文主要敘述了LIDAR技術的數字化成圖研究，從激光雷達技術的原理和特點，再到數據的采集、數據處理最后成圖[1]。以及重點提到了數據處理的軟件Terrascan在實際運用中的操作方法。

1 機載激光雷達測量技術方法

1.1 工作流程分析

在上面已經介紹過航攝外業(yè)的一些基本要求和準備。當航飛數據和地面GPS數據采集回來后，首先要做的是參考面測量和外業(yè)數據的檢查，發(fā)現航飛數據偏差過大或者是噪音點影響了數據的質量，必須要求重飛。內業(yè)數據處理將在后面的內容中呈現。

1.2 技術路線研究

該項目的作業(yè)流程可以分為3個階段：礦山地理信息數據采集、數據預處理和產品制作。數據采集主要是航飛獲取點云數據的過程，包括設備安裝調試、檢校場選擇和布設、航線設計、外業(yè)GPS基站布設、外業(yè)航飛采集、數據整理與質量檢查等內容。

數據預處理主要是將航飛過程中獲得的點云數據、GPS數據和IMU數據進行轉換處理，計算獲取差分GPS和IMU的聯合定位定向數據，對點云數據濾波去除噪聲、實施坐標轉換等。產品制作主要包含DEM、DOM和DLG等產品的制作。

2 LIDAR數據采集處理流程

2.1 總體技術路線

項目開始前，即可準備測區(qū)的范圍和控制點資料，向軍事和航管相關部門申請航飛批文，按規(guī)程要求到相關接洽部門協(xié)調。

2.2 數據預處理

對航飛過程中隨激光點云數據同步采集的GPS數據、IMU數據和系統(tǒng)所提供的各類參數等進行聯合解算，獲取每一個激光點的空間坐標和每張影像粗略的外方位元素。進行空間糾正解算后的點云數據已經可以分辨出大量地物。根據成果要求可轉換到地方坐標系或CGCS2000國家坐標系。因激光點云的數據量很大，需要對其進行分割處理，以適應后續(xù)產品制作。

2.3 坐標轉換

本項目坐標轉換采用平面和高程分開兩步轉換方法。各分區(qū)分別采用布爾莎七參數轉換模型法進行平面轉換，再利用大地似大地水準面精化成果擬合方法進行高程轉換。

2.4 航帶拼接和系統(tǒng)誤差改正

將每條航帶點云數據和參考面數據進行比較，對點云進行平面和高程檢查和校正，小于限差后，再進行航帶拼接。利用檢校場數據進行偏心角與偏心分量計算，得到設備系統(tǒng)偏向角改正數與偏心分量改正數。應用偏心角改正數與偏心分量改正數于航飛成果數據來抵消系統(tǒng)誤差，達到改正系統(tǒng)誤差目的。

3 基于Terrascan下LIDAR點云分類

在Terrascan軟件下進行的點云分類包括點云自動分類和點云手動分類。點云的自動分類在整個lidar數據處理中起著重要的作用，其分類結果的好壞直接影響著后續(xù)的手工分類的難度和效率，DTM等產品的精度。

3.1 準備工作

用TerraScan讀入激光點，打開顯示模式控制窗口（如圖1）。通過該窗口來控制點云的顯示模式。

打開Tools-＞Showstatistics查看點云分層統(tǒng)計信息，看是否有未顯示出來的層，通過編輯ptc添加相應層使所有點顯示出來。

圖1 激光點顯示控制窗口

應用createditablemodel工具對地面層點建TIN，然后對構建的TIN模型進行渲染，所用工具為displayshadedsurface。通過全屏顯示視窗1查看是否有飛點、查看是否有整片缺地面點情況，剖面應用到視窗2后全屏顯示看是否有噪音點（明顯高于或低于地面的點），用F2將這些點分類到第7層。然后將該層內所有點刪除掉。

3.2 找回缺失地面點

3.2.1 顯示非地面點

創(chuàng)建地面點TIN模型、渲染。關閉地面點層(2-ground)的顯示，顯示其他可能有地面點的所有層點，放大至一定倍數，逐屏瀏覽分析，對有大片非地面點或有規(guī)律的非地面點處做剖面查看，將落在地面上的點分類回地面，可以用的分類工具有剖面結合線下分類工具、添加地面點工具操作界面。刷子分類工具(用于找特定的坎、堎等）操作界面。

3.2.2 顯示地面點

創(chuàng)建地面點的TIN，渲染。顯示地面點，放大至一定倍數，逐屏瀏覽分析，對大片無地面點處做剖面分析，如果缺失地面點，則通過分類工具將其分類回地面。

3.2.3 自檢

以上步驟完成后，將模型放大至一定倍數，再逐屏檢查一遍，自檢確認沒有問題后再保存提交至質檢處進行檢查。

4 結論

目前，雖然數據處理軟件的研發(fā)相對滯后于系統(tǒng)硬件的發(fā)展，在一定程度上制約了其應用的發(fā)展。但是，該技術憑借其獨特的優(yōu)越性，在礦山開采中已得到越來越多的應用。

LiDAR技術是新的獲取數據的方法，它具有普通航空攝影測量無法比擬的優(yōu)勢。隨著計算機技術的飛速發(fā)展、LiDAR理論的逐步完善，現在已經由以前的理論階段進入了實際應用生產階段。LiDAR技術必定有更廣闊的發(fā)展前景。