基于激光雷達測繪技術(shù)在礦山地形測量中的精度分析

曾祥凱

（1.山東省煤田地質(zhì)局第二勘探隊，山東 濟寧 272100；2.中國礦業(yè)大學，山東 濟寧 272000）

相對于傳統(tǒng)測繪技術(shù)，激光雷達測繪技術(shù)測量效率更高、測量結(jié)果準度更高，目前該技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域中。傳統(tǒng)的測繪技術(shù)在對礦山地形測量過程中，由于測量面積較大、礦山植被覆蓋率較高、礦區(qū)內(nèi)建筑物較多，導致測量結(jié)果精度不穩(wěn)定，所以此次將激光雷達測繪技術(shù)應(yīng)用到礦山地形測量精度分析中，形成了一種基于激光雷達測繪技術(shù)在礦山地形測量中的精度分析方法[1]。

1 基于激光雷達測繪技術(shù)在礦山地形測量中的精度分析方法

1.1 獲取礦山地形數(shù)據(jù)

在對礦山地形測量數(shù)據(jù)精度分析之前，首先需要利用激光雷達測繪技術(shù)獲取礦山地形數(shù)據(jù)，用于后期數(shù)據(jù)比較分析，技術(shù)應(yīng)用之前需要根據(jù)礦山的地形特征對激光雷達的參數(shù)進行設(shè)置，其中包括激光點頻、飛行速度、掃描電機、凈空高度以及橫縱向點距，以此保證獲取數(shù)據(jù)的質(zhì)量[2]。激光雷達測繪技術(shù)對采點地形數(shù)據(jù)獲取主要是通過雷達向礦山地表發(fā)射出激光沖脈，當激光沖脈到達地面后利用傳感器將激光沖脈的反射信息進行接收，同時運用GPS裝置確定傳感器地理位置，然后通過IMU慣性測量裝置檢測雷達的實時姿態(tài)數(shù)據(jù)，獲得所有激光沖脈與地面接觸的空間三維坐標，最后運用分類技術(shù)將于采點地形無關(guān)的數(shù)據(jù)進行移除，其中包括地表建筑物、覆蓋物、植被等坐標數(shù)據(jù)，以此完成激光雷達測繪技術(shù)對礦山地形數(shù)據(jù)的獲取。

1.2 礦山地形數(shù)據(jù)處理

礦山地形數(shù)據(jù)處理的好壞將直接關(guān)系到分析結(jié)果的精度，由于激光雷達對礦山地形采集的數(shù)據(jù)量較大，所以為了在保證數(shù)據(jù)處理質(zhì)量的同時還能夠提高處理效率，采用TerraScan技術(shù)對激光雷達測繪數(shù)據(jù)進行處理[3]。當激光沖脈的落腳點是水域或無信號區(qū)域時，傳感器會采集的反射信息是以亂碼形式存在的，所以首要任務(wù)就是剔除原始數(shù)據(jù)中的亂碼信息。由于激光雷達測量的復(fù)雜性，導致每次掃面重疊部分的數(shù)據(jù)都是不一樣的，所以需要將激光數(shù)據(jù)進行拼接和分類處理，以此保證重疊和非重疊數(shù)據(jù)的平穩(wěn)過度，使采集到的礦山地形數(shù)據(jù)做到無縫連接。最后將剩余的數(shù)據(jù)進行濾波處理，同時將部分礦山地形不明顯的數(shù)據(jù)給予剔除，將數(shù)據(jù)文件控制到最少，為后續(xù)數(shù)據(jù)精度分析提供良好的判斷依據(jù)。

1.3 實現(xiàn)礦山地形測量精度分析

激光雷達精度分析是將經(jīng)過處理得到的數(shù)據(jù)繪制成與礦山地形成一定比例的空間三維模型，模型網(wǎng)格間距與實際礦山地形等高距是否滿足比例尺要求，然后挑選部分模型數(shù)據(jù)作為精度對比依據(jù)，以此分析出礦山地形測量的數(shù)據(jù)是否達到預(yù)先設(shè)定的精度要求。首先將數(shù)據(jù)通過云技術(shù)進行分類，主要是提取出礦山地面各個點的坐標數(shù)據(jù)，根據(jù)這些坐標數(shù)據(jù)按照一定比例生成數(shù)字表面模型（如圖1所示）。

圖1 礦山地形數(shù)字表面模型

然后將模型中的關(guān)鍵點標記對應(yīng)的對標數(shù)據(jù)，生成礦山地形實際等高線圖。

最后選取不同植被覆蓋程度、不同地形、不同高度的數(shù)據(jù)點作為檢查點，將檢查點對應(yīng)的數(shù)據(jù)與礦山地形測量數(shù)據(jù)進行對比，并計算出各個點位的誤差，最后計算出礦山地形等高線圖的平均誤差，以此分析出礦山地形測量的精度。

2 實驗

2.1 實驗準備

為了證明此次提出的基于激光雷達測繪技術(shù)在礦山地形測量中的精度分析方法的有效性，特設(shè)計了一組對比實驗，運用此次提出方法和原有分析方法對某礦區(qū)測量數(shù)據(jù)進行精度分析。

為了保證實驗結(jié)果的有效性，兩種分析方法都使用Optech ALTN激光雷達掃描系統(tǒng)，并且設(shè)置相同的指標參數(shù)。下表為激光雷達參數(shù)表。

表1 激光雷達參數(shù)表

此次實驗共布置40個檢查點，其中包括20個平面檢查點和20個高程檢查點，兩種方法誤差要求0～0.2之間。

2.2 結(jié)果分析

下表為兩種方法的實驗結(jié)果。

表2 兩種方法的實驗結(jié)果

從表2可以明顯看出，應(yīng)用此次提出的方法得出結(jié)果的準確度滿足預(yù)先設(shè)定的要求，對于高程檢查點數(shù)據(jù)精準度分析的結(jié)果準確性相對平面數(shù)據(jù)分析結(jié)果較低，但總體具有較高的準確度，而原有的分析方法準確度比提出方法低12.1%，所以實驗證明了基于激光雷達測繪技術(shù)在礦山地形測量中的精度分析方法具有較高的準確度。

3 結(jié)語

激光雷達測繪技術(shù)作為一種新型的測量技術(shù)應(yīng)用到礦山地形測量中，不僅能夠精準的測量到礦山地形信息，同時還具有較高的分析效率，它成功的將測量技術(shù)與數(shù)據(jù)精度分析技術(shù)結(jié)合在一起，是一項革命性測繪技術(shù)，隨著現(xiàn)在技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，激光雷達測繪技術(shù)將會具有巨大的應(yīng)用空間和發(fā)展?jié)摿Α?/p>