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        基于三維激光掃描技術(shù)的礦山地質(zhì)工程精度檢測應用研究

        2019-02-09 18:50:00
        世界有色金屬 2019年11期
        關(guān)鍵詞:測繪礦山檢測

        (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(shù)應用下測繪成果質(zhì)量檢驗中的重要組成部分,是三維激發(fā)掃描技術(shù)應用不可或缺的環(huán)節(jié)。對此,面對礦山工程三維激光掃描技術(shù)應用范圍的不斷擴展,有必要加強三維激光掃描技術(shù)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(shù)應用質(zhì)量。

        1 對“三維激光掃描技術(shù)”的基本認識

        三維激光掃描技術(shù)(3D laser scanning technology)又被稱之為“實景復制技術(shù)”(Scene replication technology)是繼GPS空間定位技術(shù)發(fā)展后測繪領(lǐng)域又一技術(shù)革命產(chǎn)物。三維激光掃描技術(shù)出現(xiàn)于二十世紀九十年代,以激光測距原理為基礎(chǔ),通過激光掃描實現(xiàn)被測對象三維坐標及其相關(guān)信息的精準、高速獲取,并根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)信息進行被測對象三維模型的復建,實現(xiàn)幾何數(shù)據(jù)、影響信息的有效轉(zhuǎn)換,以滿足空間信息數(shù)據(jù)庫構(gòu)建需求。對于傳統(tǒng)技術(shù)而言,三維激光掃描技術(shù)實現(xiàn)測繪領(lǐng)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(zhì)三維激光掃描技術(shù)已經(jīng)在大型礦山建筑等工程測量領(lǐng)域,以及地質(zhì)勘查領(lǐng)域等得到廣泛應用[2]。

        2 三維激光掃描技術(shù)精度檢測測繪應用

        2.1 應用理論分析

        三維激光掃描技術(shù)相關(guān)概述分析可知,三維激光掃描技術(shù)已經(jīng)成為測繪領(lǐng)域應用的核心技術(shù),具有廣闊的應用前景。而在三維激光掃描技術(shù)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(shù)應用下所獲得檢測結(jié)果的準確,提升技術(shù)應用質(zhì)量與效率。因此,精度檢測是三維激光掃描技術(shù)應用不可或缺的存在,三維激光掃描技術(shù)檢測測繪成果精度的科學應用直接關(guān)系著三維激光掃描技術(shù)應用質(zhì)量。就當前測繪成果檢測實際發(fā)展情況來看,仍以傳統(tǒng)測繪成果檢測方法為主,三維激光掃描技術(shù)及三維激光掃描技術(shù)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(jīng)驗歸納與總結(jié)的基礎(chǔ)上,以提升測繪質(zhì)量與效率,促進三維激光掃描技術(shù)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(jù)上述檢測方案,以某礦山地質(zhì)測繪項目為例,就三維激光掃描技術(shù)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(zhì)測繪項目第三作業(yè)區(qū)為檢查區(qū),利用三維激光掃描技術(shù)精度檢測來實現(xiàn)對數(shù)字化測圖方法下測繪礦山地質(zhì)地形圖的檢測。要求礦山地質(zhì)測繪地形圖中建筑區(qū)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(nèi);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(nèi);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(nèi)。

        2.2.2 高精度點云數(shù)據(jù)獲取與處理

        在進行高精度點云數(shù)據(jù)采集過程中:①需到檢測地進行實地勘查,根據(jù)檢測現(xiàn)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(shè)計采用三維激光掃描系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(qū)域進行針對性掃描。②區(qū)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(qū)域細分過程中需注重區(qū)域內(nèi)測站數(shù)據(jù)的有效控制,多數(shù)情況下以5個~30個左右為宜。③根據(jù)測塊完成點云拼接、坐標轉(zhuǎn)換。在拼接與轉(zhuǎn)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(guān)軟件轉(zhuǎn)換測塊點云,并保證轉(zhuǎn)換后的坐標符合相關(guān)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(shù)據(jù)剔除,并通過大地坐標重新選擇、坐標重新轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)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(xiàn)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(xiàn)點云有效剖切(切邊厚度需控制在2cm以內(nèi));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(xiàn)算法擬合錯誤點的剔除;將在點云(三維激光掃描技術(shù)應用下獲得)中提取到的特征點,和礦山地質(zhì)地形圖同名點進行比較,通過計算中誤差,實現(xiàn)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(xiàn)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(zhì)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(xiàn)高程標記點、等高線差求點的獲得,在點云與地形圖相關(guān)數(shù)據(jù)對比分析中實現(xiàn)高程精度檢測。④礦山地質(zhì)地形圖地理精度的評定,即依托計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù),在三維點云進行人機交互式檢查,實現(xiàn)點云數(shù)據(jù)與地形圖地理精度對比分析,實現(xiàn)地理精度的有效檢測。在此過程中,獲取三維點云,根據(jù)其所具有的“所見即所得”特點,在計算機中進行實景再現(xiàn),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(jù)比較結(jié)果判斷地形圖地理精度是否達到相關(guān)標準。

        3 結(jié)論

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

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