基于激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在礦山地形測(cè)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(duì)，山東 濟(jì)寧 272100；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，山東 濟(jì)寧 272000）

相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)測(cè)量效率更高、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)度更高，目前該技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中。傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)在對(duì)礦山地形測(cè)量過(guò)程中，由于測(cè)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(dǎo)致測(cè)量結(jié)果精度不穩(wěn)定，所以此次將激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用到礦山地形測(cè)量精度分析中，形成了一種基于激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在礦山地形測(cè)量中的精度分析方法[1]。

1 基于激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在礦山地形測(cè)量中的精度分析方法

1.1 獲取礦山地形數(shù)據(jù)

在對(duì)礦山地形測(cè)量數(shù)據(jù)精度分析之前，首先需要利用激光雷達(dá)測(cè)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(duì)激光雷達(dá)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其中包括激光點(diǎn)頻、飛行速度、掃描電機(jī)、凈空高度以及橫縱向點(diǎn)距，以此保證獲取數(shù)據(jù)的質(zhì)量[2]。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)對(duì)采點(diǎn)地形數(shù)據(jù)獲取主要是通過(guò)雷達(dá)向礦山地表發(fā)射出激光沖脈，當(dāng)激光沖脈到達(dá)地面后利用傳感器將激光沖脈的反射信息進(jìn)行接收，同時(shí)運(yùn)用GPS裝置確定傳感器地理位置，然后通過(guò)IMU慣性測(cè)量裝置檢測(cè)雷達(dá)的實(shí)時(shí)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(biāo)，最后運(yùn)用分類技術(shù)將于采點(diǎn)地形無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行移除，其中包括地表建筑物、覆蓋物、植被等坐標(biāo)數(shù)據(jù)，以此完成激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)對(duì)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(dá)對(duì)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(shí)還能夠提高處理效率，采用TerraScan技術(shù)對(duì)激光雷達(dá)測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[3]。當(dāng)激光沖脈的落腳點(diǎn)是水域或無(wú)信號(hào)區(qū)域時(shí)，傳感器會(huì)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(dá)測(cè)量的復(fù)雜性，導(dǎo)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(jìn)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(guò)度，使采集到的礦山地形數(shù)據(jù)做到無(wú)縫連接。最后將剩余的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，同時(shí)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(shí)現(xiàn)礦山地形測(cè)量精度分析

激光雷達(dá)精度分析是將經(jīng)過(guò)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(shí)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(duì)比依據(jù)，以此分析出礦山地形測(cè)量的數(shù)據(jù)是否達(dá)到預(yù)先設(shè)定的精度要求。首先將數(shù)據(jù)通過(guò)云技術(shù)進(jìn)行分類，主要是提取出礦山地面各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，根據(jù)這些坐標(biāo)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(diǎn)標(biāo)記對(duì)應(yīng)的對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)，生成礦山地形實(shí)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(diǎn)作為檢查點(diǎn)，將檢查點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)與礦山地形測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，并計(jì)算出各個(gè)點(diǎn)位的誤差，最后計(jì)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(cè)量的精度。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為了證明此次提出的基于激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在礦山地形測(cè)量中的精度分析方法的有效性，特設(shè)計(jì)了一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用此次提出方法和原有分析方法對(duì)某礦區(qū)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行精度分析。

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

表1 激光雷達(dá)參數(shù)表

此次實(shí)驗(yàn)共布置40個(gè)檢查點(diǎn)，其中包括20個(gè)平面檢查點(diǎn)和20個(gè)高程檢查點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表2 兩種方法的實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)確度滿足預(yù)先設(shè)定的要求，對(duì)于高程檢查點(diǎn)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度分析的結(jié)果準(zhǔn)確性相對(duì)平面數(shù)據(jù)分析結(jié)果較低，但總體具有較高的準(zhǔn)確度，而原有的分析方法準(zhǔn)確度比提出方法低12.1%，所以實(shí)驗(yàn)證明了基于激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在礦山地形測(cè)量中的精度分析方法具有較高的準(zhǔn)確度。

3 結(jié)語(yǔ)

激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)作為一種新型的測(cè)量技術(shù)應(yīng)用到礦山地形測(cè)量中，不僅能夠精準(zhǔn)的測(cè)量到礦山地形信息，同時(shí)還具有較高的分析效率，它成功的將測(cè)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(xiàng)革命性測(cè)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(dá)測(cè)繪技術(shù)將會(huì)具有巨大的應(yīng)用空間和發(fā)展?jié)摿Α?/p>