基于激光點云的礦山測繪異常信息提取

葉 彤

（河南理工大學，河南 焦作 454003）

隨著技術的不斷革新，激光點云技術在礦山測繪異常信息的提取中已經開始逐步應用，結合現代化成像技術的發(fā)展，使用激光點云技術可以對礦山測繪出現的異常點進行有效提取并分析，可為礦山勘察工作人員進行礦山遠景的成礦預測，并結合不同礦山的成礦意義為工作者提供礦區(qū)周圍蝕變信息，為工作人員高效率的找礦提供技術指導，因此開展基于激光點云的礦山測繪異常信息提取的研究是具有十分現實意義的。

1 基于激光點云的礦山測繪異常信息提取

隨著激光點云技術的不斷優(yōu)化，以下將結合該技術進行礦山測繪異常信息提取的研究。首先應定義對應礦山的坐標軸，結合其三維空間坐標軸分析礦山測繪的中軸線，進行礦山測繪異常離散點的提取。其次將提取的點坐標進行點云數據配對，篩查并排除非點云坐標，結合Graham算法，對剩余坐標點進行對應的數據處理。最后進行處理后數據的異常信息自動檢測方法的設計，實現基于激光云點的礦山測繪異常信息提取方法的研究[1]。

（1）礦山測繪異常離散點提取。對于礦山測繪異常離散點的提取，首先應構建對應礦山的空間坐標軸，激光掃描設備收集到的礦山點云數據均以建立的空間坐標軸為基礎，空間三維坐標軸建立如圖1所示。

如上述圖1所示，自定義坐標軸的原點為掃描設備的激光發(fā)射點，Z軸與設備發(fā)射的激光線垂直，設置向上方向為正方向，X軸、Y軸均與設備發(fā)射的激光線平行，位于橫向掃描面上，設置X軸、Y軸平面上向右方向為正，Y軸為激光掃描設備走向。

圖1 設置空間坐標軸

采用激光掃描設備提取區(qū)域中的點云數據集合，分別投影至XOY面與YOZ面，沿激光線方向設置合理的步長Δy（Δy=y2-y1），根據設置的兩個y點之間的距離求出步長值，計算步長投影在X、Z方向上的最大值Δymax、最小值Δymin及對應的平均值。結合二次多項式計算方法對所得數值進行曲線擬合，得到數值在XOY面與YOZ面上的中軸線方程，自定義線上存在一點p與相鄰點存在曲線方程關系，方程表達式如下所示。

提取礦山測繪的中軸線，結合上述公式，則對應p點的正向切向量為

因此礦山測繪異常離散點的正向向量必須滿足在中軸先公式中找到對應點，由于點云數據分布較為隨機，且隨機選取礦山測繪區(qū)域，分布在指定區(qū)域的點云數據較少，因此在進行異常離散點提取的過程中將礦山表層厚度忽略不計，將收集的數據點近似的看作在同一平面上，收集的異常離散點如下所示。

如上述公式所示，為礦山測繪異常離散點P(xp1,yp1,zp1)與其在設置的中軸線上的對應點P(xp2,yp2,zp2)，兩點之間的最小距離，公式中需滿足i=1,2,…,n則垂直于p點的切線方程式可用如下公式表示。

（2）異常信息點云數據配準。根據上述提取的礦山測繪異常離散點集合，首先結合Graham算法對點集合進行對應的處理，對應離散點的處理包括對數據的導入、與定義坐標軸的匹配，點云數據去噪處理等，利用激光掃描設備可完成數據集的去噪處理，并將多個數據一并放置于坐標軸內，通過人工除雜處理將數據格式更改為xyz，同時對數據進行篩選，設置距離參數a，依照上述設置的異常曲線方程，當離散點坐標與曲線距離超過a時，在數據集中刪除該點坐標，將刪除多余點的數據集進行二次整理，獲得相對完整的異常信息離散點坐標集合。

根據標靶技術將集合中所有點坐標整合到同一坐標系內，由于自定義的空間坐標軸為直角坐標軸，為方便后期的異常信息自動檢測，將坐標軸轉換成統(tǒng)一的工程坐標軸。為了計算軸位轉換過程中參數的變化情況，在測繪的礦山上設置3個～5個標靶點，分別使用激光掃描設備建立每個標靶點對應的三位空間坐標軸。根據礦山實際的測量環(huán)境，以下采用有利于大旋轉角度的坐標轉換模型，如下所示。

如上述公式所示，結合xyz軸的旋轉角度及旋轉中的正交程度，對模型進行線性化方程處理，依照建立異常曲線中的限定參數，將點云數據集合統(tǒng)一到工程坐標系中。

（3）異常信息自動檢測。根據礦山測繪中軸線上的激光走向，在中間設置至少5個間隔點，以異常曲線上任意一點pi為軸線的中心點，在該處選取結合外界干擾因素d的礦山測繪異常點集合Qi，在中心點左右位置分為設置以為間隔的點各一個。以后期設置的每個點為中心，在設置點的正切平面內進行激光點云搜索，將收集的點數據統(tǒng)一格式后保存。若在某一個角度α的平面內未檢測到對應的異常離散點，那么該角度的平面上不存在礦山測繪異常信息，記錄對應的斷點坐標，實現基于激光點云的礦山測繪異常信息自動檢測方法的研究。

2 結語

隨著近年來礦產行業(yè)的發(fā)展越來越繁榮，對礦山的勘察測繪工作也越來越多，對于礦山測繪中出現的異常信息問題，文章開展了基于激光點云的礦山測繪異常信息提取方法的研究，提取礦山異常離散點，并將異常點與點云數據進行配準對比，實現異常信息的自動檢測，盡管該項技術已經在部分礦山測繪工程中開始應用，但在后期的發(fā)展中，仍需要對該方法持續(xù)的優(yōu)化，為相關礦物資源勘察行業(yè)提供更多精準的測量數據，確保礦山行業(yè)在市場內的可持續(xù)發(fā)展。