基于激光雷達測繪技術在礦山地形測量中的精度研究

羅 芬，劉 明

（江西省煤田地質局測繪大隊，江西 南昌 330000）

礦山工程作業的開展，通常會受到地形的影響。因此，面對復雜的礦山地形環境及條件，加強地形測量工作顯得非常關鍵。而傳統一些測量技術方法會受到時間、空間等方面的限制，從而難以保證準確、高效的測量成果[1]。而對于激光雷達測繪技術來說，具備分辨率高、隱蔽性好、抗有源抗擾能力強以及低空探測性能好等優勢，因此值得在礦山地形測量工作中應用。此外，從礦山地形測量精度分析工作效率及質量提升角度考慮，本文圍繞“基于激光雷達測繪技術在礦山地形測量中的精度”分析研究具備一定的價值意義。

1 激光雷達測繪技術概述

激光雷達，指的是通過發射激光束，對目標的位置、速度等特征量進行探測的一種雷達系統。對于激光雷達測繪技術來說，其工作原理為：對目標發射出探測信號，即激光束了進一步把接收獲取的基于目標反射回的信號，即目標回波，和發射信號之間進行對比分析；在適當處理之后，便能夠獲取目標的相關信息，比如目標距離、方位、高度、速度、姿態以及形狀等參數信息[2]。該技術的構成部分包括：激光發射機、光學接收機、轉臺以及信息處理系統。其中，由激光器把電脈沖轉化為光脈沖，發射出之后，由光接收機將目標反射回來的光脈沖還原為電脈沖，然后傳輸到顯示器當中。此外，由于激光雷達測繪技術優勢顯著，具體包括：①測量分辨率高；②隱蔽性好，抗有源抗擾能力強；③低空探測性能好；④體積小，且質量輕。因此，為了提高礦山地形測量工作效率，使精度分析的準確性得到有效保障，合理科學地應用激光雷達測繪技術顯得尤為重要。

2 激光雷達測繪技術應用于礦山地形測量精度分析的要點

如前所述，對激光雷達技術的概念及工作原理有了一定程度的了解。從礦山地形測量精度分析工作成果提升角度考慮，需把控好激光雷達測繪技術的應用要點[3]。總結起來，具體要點如下：

2.1 礦山地形數據獲取要點

如下圖1所示，為激光雷達測繪技術應用在復雜的礦山地形測量工作中需遵循的工作步驟，從計劃準備、航飛實施、數據整理、成果提交各階段，均需嚴格按照工作流程進行。

值得注意的是，礦山地形數據獲取，是進行礦山地形測量精度分析的基礎保障工作。在此工作環節，需掌握以下要點：

（1）通過激光雷達測繪技術的應用，得到礦山地形數據，在后期數據對比分析中應用。

（2）基于技術使用前期，需結合礦山地形特征，合理設置激光雷達參數，比如：激光點頻、飛行速度、掃描電機、凈空高度、橫縱向點距等，進而確保所得到數據的真實性及可靠性。

（3）在采點地形數據獲取方面，主要利用激光雷達測繪技術，經雷達朝礦山地表將激光沖脈發射出來；在激光沖脈抵達地面之后，使用傳感器接收激光沖脈的反射信息，進一步利用GPS裝置對傳感器地理位置加以明確；并利用基于慣性測量單元（IMU）的慣性測量裝置，對雷達的實時姿態數據進行檢測，得到激光沖脈和地面接觸的空間三維坐標[4]。

（4）利用分類技術，移除采點地形不相干的數據，例如地表建筑物、覆蓋物以及植被等相關坐標數據，進而保證所獲取的礦山地形數據全面、真實、有效。

2.2 礦山地形數據處理要點

在保證礦山地形數據處理的質量的基礎上，才能夠保證后期地形數據分析結果的精度。但是，因激光雷達對礦山地形采集的數據量比較大，因此考慮到數據處理質量得到有效保障，還有必要提升處理效率，具體要點包括：

圖1 激光雷達測繪技術應用在復雜礦山地形測量工作的流程圖

（1）利用TerraScan技術處理處理激光雷達測繪數據，如果激光沖脈的落腳點為水域，或者處于沒有信號的區域當中，此時傳感器所采集獲取的反射信息會議亂碼的形式存在。因此，需將原始數據當中的亂碼信息剔除。

（2）因激光雷達測量存在一定的復雜性，使得每一次掃面重疊部分的數據存在差異，因此有必要對激光數據進行拼接及分類處理，使重疊與非重疊數據能夠平穩過度，并保證所采集獲取的礦山地形數據能夠實現無縫銜接。

（3）針對剩下的數據實施濾波處理，并把相關礦山地形不夠明顯的數據進行剔除處理，使數據文件控制在最小化，進而保證數據結果的準確性及精準度。

2.3 礦山地形測量精度分析要點

對于激光雷達精度分析來說，指的是把通過處理獲取的數據繪制成和礦山地形構成一定比例的空間三維模型，模型網格間距和實際礦山地形等高距能否符合比例尺要求，需選擇部分模型數據當中精度對比數據，進一步對礦山地形測量獲取的數據能否符合預先設定精度要求進行分析判斷。總結起來，具體工作要點如下：

（1）首要工作是利用云技術對數據進行分類處理，將礦山地面各點坐標數據提取出來，結合這些坐標數據，根據一定比例，將數字表面模型生成。

（2）針對模型當中的關鍵點，標記好相對應的對標數據，并將礦山地形實際等高線圖生成出來。

（3）選擇植被覆蓋程度、地形、高度不同的數據點當作檢查點，通過檢查點相對應的數據，和礦山地形測量數據進行對比分析，并將各點位的誤差計算出來[5]。

（4）最后，將礦山地形等高線圖的平均誤差計算出來，進一步對礦山地形測量的精度進行分析。

2.4 案例分析

（1）實驗方法：本次為了驗證礦山地形測量工作中精度分析采取激光雷達測繪技術的有效性，設計了對比實驗組，即：針對國內某礦區測量數據，通過原有分析方法（實驗1組）、激光雷達測繪技術方法（實驗2組）進行精度分析。考慮到實驗結果的有效性，實驗1組、2組均采取了Optech ALTN激光雷達掃描系統，所設置的激光雷達指標參數也保持醫一致，具體如下表1。

表1 激光雷達相關參數情況

（2）實驗結果：本次實驗設置檢查點一共40個，其中平面檢查點、高程檢查點各20個，兩組分析方法的誤差均為0mm～0.2mm范圍內。其實驗結果如下表2：

表2 實驗1組、2組結果分析

結合表2可知，實驗2組平面檢查點平均誤差、高程檢查點平均誤差均明顯小于實驗1組；同時，實驗2組的精度分析準確度明顯高于實驗1組；實驗結果說明，在礦山地形測量工作中的精度分析中，使用激光雷達測繪技術真實、有效，值得借鑒及應用。

3 結語

綜上所述，激光雷達測繪技術的優勢突出，將其應用到礦山地形測量中的精度分析工作當中，需嚴格按照“礦山地形數據獲取→礦山地形數據處理→礦山地形測量精度分析”的工作流程，并通過實驗分析，證實計量雷達測繪技術在礦山地形測量中精度分析的成果，以此為礦山地形測量工作提供真實、可靠、完善的數據信息，進一步為礦山工程綜合作業的開展提供充分有效的數據信息支持。