矿区数据采集的激光扫描范文

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1内业数据处理

三维激光的内业数据处理主要是对点云进行的数据处理，点云数据处理是对建模目标采集的坐标数据，通过地理参考、数据配准、数据缩减、数据滤波，得到能够反映建模目标的三维点云模型。如图2所示为三维激光扫描系统内业处理流程，其中，数据配准和数据滤波是内业处理的关键环节。数据配准又叫做点云拼接、坐标纠正，由于目标物的复杂性，通常需要建立从不同方位扫描的多个测站，通过坐标配准将点云数据统一到同一个坐标系系统，其中拼接的方法主要有：根据两站相同的标靶进行拼接；利用点云模型进行的点云面的拼接；利用输入控制点坐标进行拼接。在此次测量过程中利用GPS－RTK联测标靶坐标进行了拼接，可以将扫描测站的坐标系直接转换成工程需要的坐标系。数据滤波中对于有序的噪声分布通常采取平滑滤波的方法，对于特征明显的噪声点可以直接删除。由于外在条件与仪器内部因素影响，观测数据中不可避免的会存在噪声点，需要进行滤波的处理，否则会影响特征点的提取。此次在处理过程中采取了中值滤波与人工删除的方法，滤波效果明显。

2工程应用

冀东水泥厂某矿区，矿山南部有明显开采，有比较大的陡坎和断层，通视相对困难，观测条件较差；矿山北部呈现阶梯状，山上有部分农田分布，走势平缓，不仅适合扫描，也适合后期点云去噪处理。

2．1矿山外业数据采集外业数据采集扫描前后共用时2．5d，共建立三维激光扫描测站19个，生成三维点云数据5．66G，完成了矿区面积约766250．37m2的外业扫描。与传统的利用全站仪数字测图相比大大提高了工作效率。实际观测时依据矿山的地貌特点，设计了相应的野外作业方案：（1）测站的选取。为保证“测站尽量减少”的原则，设计了测站路线，如图3所示P1～P19，共设置19站。在测量过程中首先将测站设立在通视情况比较好的山顶P1～P7，以尽可能的扫描测区最大区域；其次对于北侧矿区比较平缓地区，根据仪器测量中角度参数，需要在山脚建立测站P11～P14；最后对于地形比较复杂的南部矿区，通视条件较差，为保证点云的完整性，在南面地区加设测站P18、P19。（2）标靶的设置。由于矿山南侧地形复杂，在扫描的点云中本身就存在清晰的特征点；矿区北侧，矿山走势平缓，特征点不明显，所以需要加设标靶每测站4个并且不在同一直线、同一平面上，如表1所示P12A～P12D表示4个标靶坐标；矿山南侧进行扫描时，对每一测站进行扫描时加设1个控制点标靶，利用RTK进行联测以方便地理参考P18A、P19A分别表示第18、19站标靶坐标。（3）现场扫描。根据矿山特点，利用RiscanPro软件控制扫描仪进行扫描时，需要设置好水平方向起始和停止的角度，设置垂直方向的角度，本次扫描中设置水平扫描角度为360°，上下扫描角度各50°。本次扫描设置扫描精度为0．09°，每站扫描2次，精度相当于每2点间隔0．045°。

2．2矿山内业数据处理由于测区面积比较大，南北测区地势不一致，测量地势变化比较大，所以采用了不同的拼接方法：矿山北部采用标靶拼接，本次扫描过程中南部地区测站之间按照标靶放置要求安置了标靶，一般为了提高拼接精度，在作业过程中放置了4个标靶，利用了标靶拼接的方法对相同编号的标靶进行了对应的拼接；矿山南部地区特征点明显，采用了点云拼接方法，为了提高拼接精度，在项目点云拼接过程中选取4个特征点。并且在此次拼接过程中导入了靶心坐标进行地理参考。数据滤波又称为去噪，由于在矿山扫描过程中，不仅仪器系统内部会造成一定的噪声，同时来往的车辆，在矿区飞起的尘土，矿区的树木，都会给矿区的点云产生一定的影响，在冀东数据处理时采用2种方法：第1种人工交互法直接删除，第2种是利用软件进行处理。数据滤波结果如图4所示，在点云去噪之前前有明显的数木噪声存在，在矿山其它地区也存在噪声点，在滤波过程中首先进行删除，其次进行了中值滤波处理，结果可以很明确的看出树木等明显的噪声被去除，处理后的点云分布更加均匀。

3成果的生成

数字地形图的绘制：根据处理后点云模型，在三维点云模型中按照地形图综合取舍要求，利用点云矢量化的处理方式选取具有表示山地特征点的点云数据，描绘成线；将在三维点云模型中所绘制的矢量线保存在缩略名为．dxf的文件中；利用CASS进行矿山的绘制，并展绘高程点，按照数字地形图要求加上相应的注记，添加外图框、内图框、比例尺等信息，得到地形图如图5所示。等高线的生成：将内业处理的点云模型进行稀释，在满足工程精度要求的基础上尽可能增大稀释距离，此次设置稀释距离为5m；将稀释的点云展绘在CASS软件中，利用展绘的点云进行DTM建立；根据点云建立的DTM模型，利用CASS软件在DTM的基础上建立等高线模型如图6所示，从图上可以看出三维激光扫描仪进行的等高线绘制，由于数据充足，得到的DTM网型规则，等高线与实际地形更为接近。

4结论

采用RieglVZ400三维激光扫描仪，对高差较小的矿区外表面进行了扫描，通过内业处理生成点云模型后，利用CASS软件生成了数字地形图和等高线模型，与传统测图相比，具有精度高、数据量大、效率高等优点，三维激光扫描技术在矿区数据监测中具有广阔的应用前景。

作者：李卫强 汪金花 单位：华北理工大学 矿业工程学院