機載激光雷達測繪技術礦山測量中應用研究

吳端松

（廣州建通測繪地理信息技術股份有限公司，廣東 廣州 510000）

為了提高采點效率和帶寬，采用掃描的方式來改變激光束的發射方向，將這些設備有機地集成在一起協同工作，就構成了一個機載激光雷達測量系統。本文主要敘述了LIDAR技術的數字化成圖研究，從激光雷達技術的原理和特點，再到數據的采集、數據處理最后成圖[1]。以及重點提到了數據處理的軟件Terrascan在實際運用中的操作方法。

1 機載激光雷達測量技術方法

1.1 工作流程分析

在上面已經介紹過航攝外業的一些基本要求和準備。當航飛數據和地面GPS數據采集回來后，首先要做的是參考面測量和外業數據的檢查，發現航飛數據偏差過大或者是噪音點影響了數據的質量，必須要求重飛。內業數據處理將在后面的內容中呈現。

1.2 技術路線研究

該項目的作業流程可以分為3個階段：礦山地理信息數據采集、數據預處理和產品制作。數據采集主要是航飛獲取點云數據的過程，包括設備安裝調試、檢校場選擇和布設、航線設計、外業GPS基站布設、外業航飛采集、數據整理與質量檢查等內容。

數據預處理主要是將航飛過程中獲得的點云數據、GPS數據和IMU數據進行轉換處理，計算獲取差分GPS和IMU的聯合定位定向數據，對點云數據濾波去除噪聲、實施坐標轉換等。產品制作主要包含DEM、DOM和DLG等產品的制作。

2 LIDAR數據采集處理流程

2.1 總體技術路線

項目開始前，即可準備測區的范圍和控制點資料，向軍事和航管相關部門申請航飛批文，按規程要求到相關接洽部門協調。

2.2 數據預處理

對航飛過程中隨激光點云數據同步采集的GPS數據、IMU數據和系統所提供的各類參數等進行聯合解算，獲取每一個激光點的空間坐標和每張影像粗略的外方位元素。進行空間糾正解算后的點云數據已經可以分辨出大量地物。根據成果要求可轉換到地方坐標系或CGCS2000國家坐標系。因激光點云的數據量很大，需要對其進行分割處理，以適應后續產品制作。

2.3 坐標轉換

本項目坐標轉換采用平面和高程分開兩步轉換方法。各分區分別采用布爾莎七參數轉換模型法進行平面轉換，再利用大地似大地水準面精化成果擬合方法進行高程轉換。

2.4 航帶拼接和系統誤差改正

將每條航帶點云數據和參考面數據進行比較，對點云進行平面和高程檢查和校正，小于限差后，再進行航帶拼接。利用檢校場數據進行偏心角與偏心分量計算，得到設備系統偏向角改正數與偏心分量改正數。應用偏心角改正數與偏心分量改正數于航飛成果數據來抵消系統誤差，達到改正系統誤差目的。

3 基于Terrascan下LIDAR點云分類

在Terrascan軟件下進行的點云分類包括點云自動分類和點云手動分類。點云的自動分類在整個lidar數據處理中起著重要的作用，其分類結果的好壞直接影響著后續的手工分類的難度和效率，DTM等產品的精度。

3.1 準備工作

用TerraScan讀入激光點，打開顯示模式控制窗口（如圖1）。通過該窗口來控制點云的顯示模式。

打開Tools-＞Showstatistics查看點云分層統計信息，看是否有未顯示出來的層，通過編輯ptc添加相應層使所有點顯示出來。

圖1 激光點顯示控制窗口

應用createditablemodel工具對地面層點建TIN，然后對構建的TIN模型進行渲染，所用工具為displayshadedsurface。通過全屏顯示視窗1查看是否有飛點、查看是否有整片缺地面點情況，剖面應用到視窗2后全屏顯示看是否有噪音點（明顯高于或低于地面的點），用F2將這些點分類到第7層。然后將該層內所有點刪除掉。

3.2 找回缺失地面點

3.2.1 顯示非地面點

創建地面點TIN模型、渲染。關閉地面點層(2-ground)的顯示，顯示其他可能有地面點的所有層點，放大至一定倍數，逐屏瀏覽分析，對有大片非地面點或有規律的非地面點處做剖面查看，將落在地面上的點分類回地面，可以用的分類工具有剖面結合線下分類工具、添加地面點工具操作界面。刷子分類工具(用于找特定的坎、堎等）操作界面。

3.2.2 顯示地面點

創建地面點的TIN，渲染。顯示地面點，放大至一定倍數，逐屏瀏覽分析，對大片無地面點處做剖面分析，如果缺失地面點，則通過分類工具將其分類回地面。

3.2.3 自檢

以上步驟完成后，將模型放大至一定倍數，再逐屏檢查一遍，自檢確認沒有問題后再保存提交至質檢處進行檢查。

4 結論

目前，雖然數據處理軟件的研發相對滯后于系統硬件的發展，在一定程度上制約了其應用的發展。但是，該技術憑借其獨特的優越性，在礦山開采中已得到越來越多的應用。

LiDAR技術是新的獲取數據的方法，它具有普通航空攝影測量無法比擬的優勢。隨著計算機技術的飛速發展、LiDAR理論的逐步完善，現在已經由以前的理論階段進入了實際應用生產階段。LiDAR技術必定有更廣闊的發展前景。