工程测绘中激光雷达测绘技术的应用策略分析

工程测绘中激光雷达测绘技术的应用策略分析

单杰

身份证号码： 37072719800124****

摘要：随着时代的发展，对于科技发展与时代进步起到了很大的推动作用，科技水平的高低体现着一个国家的综合实力，同时在衡量专业水平方面也是重要标准。而矿山测量工程作为一项科技含量较高的工作，在科学技术方面的应用更是日新月异，近年来很多先进的科技技术手段越来越多的被应用于矿山测量工作实际，大幅提高了矿山测量效率与质量。

关键词：工程测绘；激光雷达测绘技术；应用策略

引言

城市地下空间是数字孪生城市的重要组成部分，其空间位置和内部矿山设施布置等站点信息已成为城市管理部门建立地下空间地理信息系统必须要掌握的重要内容之一，典型的地下空间包括地下商业街、地下停车场、人防工程、地铁站等。在对地下空间的矿山物三维建模过程中，由于缺少现势性强的二维竣工图作为参考，且地下空间要素众多，地下空间三维建模将比地上更加难以开展。随着现代高精度测量技术的发展，激光雷达技术逐步应用于地下空间测绘领域，激光雷达仪可以在复杂的地下空间环境中进行扫描作业，采用非接触测量精确地获取被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据，该技术应用于城市地下空间的三维建模中具有无可比拟的优势。

1激光雷达技术原理

激光雷达技术原理和全站仪测距测角的原理类似，主要不同点在于激光雷达采用非接触方式，通过发射高速激光束高精度扫描测量物体表面，同时记录大量的密集点云数据，快速获得空间点位三维信息，具有采集高精度、高分辨率、速度快、非接触式测量等优势。激光雷达仪采集到的点云数据是以特定坐标系统为基准的，通常称为扫描坐标系，定义为坐标原点位于激光束发射处，X 轴为仪器的横向扫描面水平转动轴的零方向，Z 轴位于仪器的竖向扫描面内天顶方向，Y 轴位于仪器的横向扫描面内，与 X 轴、Z 轴构成右手坐标系。

2工程测绘中激光雷达测绘技术的应用策略分析

2.1二维成图方法。

采用VR-CityScene软件的特征和优势，可直接在点云数据中描绘矿山整体的轮廓线，并看到具体的实物情况，获取的相关数据和信息均在第一时间手动导入CAD软件中。①点云的顶视图。可直接进行描绘，主要适用的范围为外轮廓较为规则的矿山测绘中，在实际操作过程中主要包括取点方式、描线方式。②切片绘制。这种方法更细致化、具体化，适合应用在矿山结构层次复杂的矿山物中，矿山整体结构复杂矿山物，无法直接采用顶视图的方式，判断矿山物轮廓线，需要采用切片绘制的方式描绘矿山物轮廓线，通过截取矿山某个特定层次中的横截面，描绘该层次的轮廓线，预判和分析矿山物的具体形象。③地形绘制。若点云比较稀松，无法准确判断矿山两旁道路的边线、摄像头、路灯等，需要根据高程特性选择合适的高程空间完成高层的伪装彩色渲染，有利于更准确判断绘制的对象。

2.2点云数据处理

点云的数据处理主要包括点云拼接、点云着色、滤波去噪等。使用的软件为：Faro scene。①点云拼接，也称为点云配准，包括局部拼接和整体配准。局部拼接是针对同一物体不同角度或距离的扫描进行拼接，是以扫描仪参考站为零点进行的站点与站点间的拼接，局部拼接需要有参考物作为基准。工程中参考物采用直径 14.5 cm 的标靶球，两站点之间至少设置 3 个公共参考物，每一个参考物都赋予易识别且容易记忆的名称。当参考物设置完成后，局部拼接采用 Faro scene 软件自动完成，拼接完成后应及时切换三维视图或对应视图查看局部拼接效果以及时修正。局部拼接精度要小于 2 mm。点云整体配准是对项目中不同区域的扫描点整体整合并将其坐标转换为绝对坐标的配准。②点云着色，Faro FOCUS 3D 120 内置色彩选项，设站扫描时开启，仪器在扫描之后会拍摄照片作为原始色彩数据，通过 Faro scene 软件可以将照片拼接成一幅彩色全景图并且彩色数据会赋予点云，每个点云的参数会增加对应的 RGB 色彩信息，形成彩色的三维点云。

2.3 数据采集

众所周知，矿山工程施工具有危险性、长期性以及复杂性等特征，不论是前期的工程测量，还是后期的施工作业，都存在一定的难度。传统测量技术的应用，虽然能够完成数据采集工作，但过程较为漫长，并且容易出现各种问题，数据误差较大，精确度低。而数字化测绘技术的运用恰如其分地弥补了传统测量技术的缺点，如“3S”技术、无人机遥感技术等，可应用到矿山工程的各项测量工作中，不但解决了测量难度大、测量时间长等问题，还能保证各项数据信息的准确性和真实性。数字化测绘技术在矿山工程数据采集中的应用，包括以下几点：首先，矿山主体结构的数据采集。以三维扫描技术为例，通过非接触式激光扫描可确定墙面结构的三维云点数据，然后构建三维目标，生成三维虚拟模型，呈现墙面结构的信息并采集，通过绘制地图的方式呈现信息，为后续工程施工奠定基础。其次，墙面结构的数据采集。采集墙面结构有关数据时，依然可以使用数字化测绘技术中的三维扫描技术构建三维目标，通过三维虚拟模型的生成得出墙体承重数据，然后对所得数据进行整理和分析。

2.4实现矿山地形测量精度分析

利用激光雷达技术进行矿山地形测量精度分析时，是通过分析处理激光雷达测绘数据，基于矿山地形形成一定比例会制成相应的空间三维模型，模型网格间距是否符合矿山地形等高距比例尺相关要求，之后对部分模型数据进行挑选，当做精度对比参照，在此基础上，对矿山地形测量数据有无达到先期设定精度要求进行分析。首先通过云技术对这些数据进行分类，然后对矿山地面各点坐标信息数据进行提取，在这些数据基础上，生成相应比例数字表面模型，之后标记模型类相对的对标数据，在此基础上形成和矿山地形实际相符合的等高线图，然后将各种地形、高度以及给覆盖程度不同数据当做检查点，对比分析检查点相对的数据和矿山地形测量数据，将各点误差计算出来，并对矿山地形等高线平均误差进行计算，在此基础上对矿山地形测量精度做出准确分析。

2.5非机械扫描方式

声光扫描作为一种最为典型的非机械扫描方式，基于声光效应基础上，声波通过声光介质便会对其疏密程度形成影响，倘若衍射光角度以及频率出现改变，提示介质被光速穿过时有衍射效应出现，改变超声波生产，基于这一原理基础上制成扫描设备。激光入射角以及声波面夹角达到一定条件时，衍射光在介质内便会发生彼此干涉，将0级和1级衍射光留下。相较于声光扫描，电光扫描也是一种应用普遍的非激光扫描形式，基于晶体电光效应前提下，把偏移之后的出射光进行扫描，在晶体当中，光束在相应方向上出现折射率变化，所以在经过晶体时，便有相位差产生，电场中的电光晶体，改变的出射光角度，和电场有着非常紧密的关联性，晶体中的光束发生相位差改变，激光出射角同时出现偏转。

结语

激光雷达测绘技术作为一种现代化的测绘技术手段，在矿山测量当中发挥着非常重要的作用，不仅可以对矿山地形信息高效获取，还能保证测绘精度，大幅提高分析效率，激光雷达测绘技术把测量技术和数据分析技术充分融于一体，实现了测绘技术的革命性发展，而且在今后科技不断创新和发展进程当中，激光雷达测绘技术将有着更大的发展潜力与应用空间。

参考文献

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