基于三維激光掃描技術的礦山地質工程精度檢測應用研究

（北京中色測繪院有限公司，北京 100000）

測繪成果精度檢測是三維激光掃描技術應用下測繪成果質量檢驗中的重要組成部分，是三維激發掃描技術應用不可或缺的環節。對此，面對礦山工程三維激光掃描技術應用范圍的不斷擴展，有必要加強三維激光掃描技術精度檢測測繪成果研究，掌握測繪精度檢測方法，提升礦山三維激光掃描技術應用質量。

1 對“三維激光掃描技術”的基本認識

三維激光掃描技術（3D laser scanning technology）又被稱之為“實景復制技術”（Scene replication technology）是繼GPS空間定位技術發展后測繪領域又一技術革命產物。三維激光掃描技術出現于二十世紀九十年代，以激光測距原理為基礎，通過激光掃描實現被測對象三維坐標及其相關信息的精準、高速獲取，并根據獲取的數據信息進行被測對象三維模型的復建，實現幾何數據、影響信息的有效轉換，以滿足空間信息數據庫構建需求。對于傳統技術而言，三維激光掃描技術實現測繪領域單點測量向面測量的演進，具備測量精度高、效率高、時效性強、空間點位信息大量采集、不接觸性、自動化、主動性等特征[1]。目前，礦山地質三維激光掃描技術已經在大型礦山建筑等工程測量領域，以及地質勘查領域等得到廣泛應用[2]。

2 三維激光掃描技術精度檢測測繪應用

2.1 應用理論分析

三維激光掃描技術相關概述分析可知，三維激光掃描技術已經成為測繪領域應用的核心技術，具有廣闊的應用前景。而在三維激光掃描技術應用過程中，需對測繪成果進行精度檢測，包括“平面相對位置與絕對位置精度”、“地理精度”“高程精度”等的科學檢測，以保證三維激光掃描技術應用下所獲得檢測結果的準確，提升技術應用質量與效率。因此，精度檢測是三維激光掃描技術應用不可或缺的存在，三維激光掃描技術檢測測繪成果精度的科學應用直接關系著三維激光掃描技術應用質量。就當前測繪成果檢測實際發展情況來看，仍以傳統測繪成果檢測方法為主，三維激光掃描技術及三維激光掃描技術檢測測繪成果精度的應用有待進一步強化。對此，在已有研究經驗歸納與總結的基礎上，以提升測繪質量與效率，促進三維激光掃描技術推廣，降低測繪成果精度檢測工作壓力為目的。

2.2 應用實踐分析

根據上述檢測方案，以某礦山地質測繪項目為例，就三維激光掃描技術精度檢測測繪應用進行了如下分析。

2.2.1 測繪成果檢測對象與檢測指標

以某礦山地質測繪項目第三作業區為檢查區，利用三維激光掃描技術精度檢測來實現對數字化測圖方法下測繪礦山地質地形圖的檢測。要求礦山地質測繪地形圖中建筑區高程標記點與鄰近圖根點高程之間存在的偏差控制在15cm以內；平地等高線差求點高程誤差控制在等高距（0.5m）三分之一以內；丘陵地等高線差求點高程誤差控制在等高距二分之一以內。

2.2.2 高精度點云數據獲取與處理

在進行高精度點云數據采集過程中：①需到檢測地進行實地勘查，根據檢測現場實際情況進行三維激光掃描方案的制定，確定所選用的三維激光掃描儀器。在本文所研究項目中，設計采用三維激光掃描系統對抽取的檢測范圍進行自動化無死角掃描。在此過程中，為提升數據全面性、完整性、準確性，科學控制掃描測站間距離（小于50m）與點云密度（3cm～6cm），并利用補充掃秒方式對特殊區域進行針對性掃描。②區域有針對性細分，進行點云拼接誤差的有效控制。通常情況下，區域細分過程中需注重區域內測站數據的有效控制，多數情況下以5個～30個左右為宜。③根據測塊完成點云拼接、坐標轉換。在拼接與轉換過程中，由于檢測對象是地形圖，不考慮制圖接邊問題。④利用相關軟件轉換測塊點云，并保證轉換后的坐標符合相關精度要求。⑤采用對比分析法進行點云精度的自檢，將不符合要求的測塊點云數據剔除，并通過大地坐標重新選擇、坐標重新轉換等方法提升測塊點云精度。

2.2.3 精度測繪成果評定

在保證點云數據自檢符合精度要求后，進行礦山精度測繪成果評定，具體操作如下：①平面絕對位置精度評定，即利用特征點擬合提取法，通過對比分析實現礦山平面圖絕對位置精度的檢測。在此過程中，將點云進行切片處理，實現點云有效剖切（切邊厚度需控制在2cm以內）；從獲得的切片點云中進行近鄰點云檢索，檢索到的礦山近鄰點云需擬合地形特征點；利用魯棒迭代最小二乘算法，獲得近鄰域擬合地形特征點，并在對比分析中實現算法擬合錯誤點的剔除；將在點云（三維激光掃描技術應用下獲得）中提取到的特征點，和礦山地質地形圖同名點進行比較，通過計算中誤差，實現平面絕對位置精度的有效檢測。②平面相對位置精度評定，即利用切片點云，實現點云中地物邊長、地物點間距與地形圖中地物邊長、地物點間距的對比分析，通過中誤差計算分析，進行平面相對位置精度的檢測。③礦山地質地形圖高程精度的評定，即利用算法擬合法、三維點云交互提取法實現高程標記點、等高線差求點的獲得，在點云與地形圖相關數據對比分析中實現高程精度檢測。④礦山地質地形圖地理精度的評定，即依托計算機網絡技術，在三維點云進行人機交互式檢查，實現點云數據與地形圖地理精度對比分析，實現地理精度的有效檢測。在此過程中，獲取三維點云，根據其所具有的“所見即所得”特點，在計算機中進行實景再現，并通過人機交互進行地理要素類別、地理要素誤差、地理符號使用偏差的比較分析，根據比較結果判斷地形圖地理精度是否達到相關標準。

3 結論

三維激光掃描技術作為測繪領域中的一項新興技術，在一定程度上有效改善了傳統測繪技術單電測量弊端，實現礦山地質測繪質量與效率的提升。隨著三維激光掃描技術理論與實踐研究的不斷深入，三維激光掃描技術將得到進一步完善，成為礦山地質測繪領域支柱型技術。對此，相關人員需明確認知與掌握三維激光掃描技術精度檢測測量應用方法，提升技術應用可靠性。