彭 鑫

（天津華北地質勘查局，天津 300170）

近年來，信息時代的到來改變了各行各業(yè)的發(fā)展方向，各種新型測繪技術的應用實現(xiàn)了工程測繪的現(xiàn)代化發(fā)展。激光雷達測繪技術是當前工程領域應用最為廣泛的技術，比如在礦山工程、建筑、國防、航空等領域，激光雷達測繪技術都發(fā)揮著越來越重要的作用[1]。為了進一步提高礦山測量工程整體水平，促進礦山測繪領域的現(xiàn)代化發(fā)展。文中結合實踐，對基于激光雷達技術的礦山測量工程數(shù)字化系統(tǒng)設計與應用進行研究，以供參考。

1 激光雷達測繪技術概述

（1）激光雷達測繪技術的發(fā)展歷程。激光雷達作為一項現(xiàn)代高科技技術手段，在構建數(shù)據(jù)模型以及繪制大型3D目標場景方面發(fā)揮著無可替代的作用。利用此項技術，能夠精準及時的對實體三維空間坐標進行獲取，并利用拍攝的數(shù)碼照片，來繪制場景數(shù)據(jù)模型，激光雷達測繪技術，獲取的數(shù)據(jù)不僅客觀高效，同時十分真實，能夠在短時間內及時獲得實體目標形態(tài)特征。

（2）激光雷達技術的分類。由于激光雷達技術存在不同載體，可將此將技術劃分成地面三維激光雷達技術以及機載激光雷達技術。前者是基于地面載體來實現(xiàn)測繪工作，工作系統(tǒng)主要由激光掃描技術、GPS以及數(shù)碼照相技術共同組成，可以基于地面緯度，來掃描測量所測物體，并借助軟件對獲得的激光反射回波信息以及所測目標表面影像開展建模工作。具體應用時，在地面安裝三維激光掃描系統(tǒng)，同時也可移動設備上進行搭載，高效的采集相關數(shù)據(jù)。

機載激光雷達體系有著更為完善的系統(tǒng)與設備，如系統(tǒng)當中主要包括GPS定位系統(tǒng)，高精度測量儀器以及現(xiàn)代數(shù)碼相機與慣性制導儀，在測量目標過程當中，能夠達到動態(tài)測量效果。機載激光雷達測繪技術相較于地面雷達測繪技術，不僅性能更加優(yōu)越，而且速度極快，可以高效的開展長距離遠距離測繪，所以在測繪工作實際應用十分普遍[2]。該項技術在我國應用于發(fā)展已經(jīng)多年，對于工程測繪技術發(fā)展起到了巨大的帶動作用，取得的成績也非常顯著。

2 激光雷達測繪技術的測量原理

測量區(qū)域電磁波傳送以及把控工作，通過現(xiàn)代光頻波段技術來實現(xiàn)，這是激光雷達測繪技術重要的工作原理，借助傳輸與收集電磁波，可以更加精準的判斷物體具有的距離、高度和體積等信息數(shù)據(jù)。與普通光波相比，激光具有十分明顯的方向性，同時有著較為單純的顏色與突出的相干性，具有很強的抗干擾特性。所以在工程測繪工作當中，利用激光雷達技術效果十分理想。在具體測繪工作實際，物體表面被激光束打到之后，會有反射現(xiàn)象出現(xiàn)，同時雷達接收這些反射光素，雷達內部系統(tǒng)，可依照光速發(fā)出與收回所用時長，計算物體距離。激光云點主要是通過匯聚的激光點所形成，在系統(tǒng)中對云點進行重構繪制成圖像。

發(fā)射于回傳激光速具有非常高的頻率，而且，接收器主要處在高頻運轉過程當中，回轉的光速，主要包括高度、距離等有關信息，在對機載激光雷達系統(tǒng)應用過程中，設備處在不同的位置高度，也會存在不同的平面精度，高程精度在10cm～30cm時，可以達到0.15m～1m左右的平面精度。

3 激光雷達測繪技術的相關內容

激光雷達技術，能夠對所測物體有關信息數(shù)據(jù)快速及時獲取，如距離、體積等信息數(shù)據(jù)，實時跟蹤動態(tài)信息變化趨勢，保證測繪效率和質量。正是由于激光雷達測繪技術諸多優(yōu)勢特點，在礦山測量工作當中發(fā)揮著越來越重要的作用。然而實際應用時，應當結合礦山工程具體要求，確保礦山測量工作高效進行。

（1）非機械掃描方式。聲光掃描作為一種最為典型的非機械掃描方式，基于聲光效應基礎上，聲波通過聲光介質便會對其疏密程度形成影響，倘若衍射光角度以及頻率出現(xiàn)改變，提示介質被光速穿過時有衍射效應出現(xiàn)，改變超聲波生產(chǎn)，基于這一原理基礎上制成掃描設備。激光入射角以及聲波面夾角達到一定條件時，衍射光在介質內便會發(fā)生彼此干涉，將0級和1級衍射光留下。相較于聲光掃描，電光掃描也是一種應用普遍的非激光掃描形式，基于晶體電光效應前提下，把偏移之后的出射光進行掃描，在晶體當中，光束在相應方向上出現(xiàn)折射率變化，所以在經(jīng)過晶體時，便有相位差產(chǎn)生，電場中的電光晶體，改變的出射光角度，和電場有著非常緊密的關聯(lián)性，晶體中的光束發(fā)生相位差改變，激光出射角同時出現(xiàn)偏轉。

（2）機械掃描方式。如振鏡掃描，一端連接掃描電機，借助轉動電機，來偏轉振鏡，在此過程當中，由于鏡面反射會改變激光出射角，沿X軸轉動的振鏡上首先投射出激光光束，并借助反射至沿Y周旋轉振鏡上，在這個過程當中借助彼此配合來達到二維平面掃描的效果，但對靈活性方面進行考慮，應當有效控制掃描頻率以及結構冗余問題。

4 基于激光雷達技術的礦山測量工程數(shù)字化系統(tǒng)應用分析

（1）對礦山地形數(shù)據(jù)進行獲取。在分析礦山地形測量精度過程當中，礦山地形數(shù)據(jù)首先通過激光雷達為技術進行獲取，然后分析比較獲得的信息數(shù)據(jù)，了解和掌握礦山地形特點。具體應用此項技術過程當中，應當充分考慮礦山地形特征，科學設置激光雷達相關參數(shù)，以確保高效率，高質量的對相關信息數(shù)據(jù)進行獲取。通過激光雷達測繪技術，去采點地形數(shù)據(jù)時，主要借助雷達，將激光沖脈發(fā)射向礦山地表，到達礦山地表的激光沖脈，通過傳感器，來有效接收激光沖脈反射信息，并基于GPS系統(tǒng)A傳感器地理位置進行確定，并利用IMU慣性測量對雷達實時姿態(tài)數(shù)據(jù)進行測量，在此基礎上將全部激光沖脈和接觸地面空間三維坐標進行獲取，最后通過分類技術應用，移除無關信息數(shù)據(jù)，確保高效率、高質量的獲取礦山地形信息數(shù)據(jù)。

（2）礦山地形數(shù)據(jù)處理。處理礦山地形數(shù)據(jù)的優(yōu)劣，對于分析結果精準度有著至關重要的影響，通過激光雷達技術，對礦山地形進行測量，獲取到的信息數(shù)據(jù)十分巨大。因此，為了有效提高數(shù)據(jù)處理質量，保證處理效率，激光雷達測試數(shù)據(jù)通過TerraScan技術完成處理。激光雷達測繪技術具有很強的復雜性，以至于每次掃面重疊部分的數(shù)據(jù)存在很大不同，因此應當有效拼接激光數(shù)據(jù)并完成分類處理，確保平穩(wěn)過渡重疊與非重疊方面的數(shù)據(jù)，達到無縫連接礦山地形數(shù)據(jù)的效果，最后濾波處理剩下的數(shù)據(jù)，并剔除一些不明顯的礦山地形數(shù)據(jù)，有效控制數(shù)據(jù)文件，為高精度分析后續(xù)數(shù)據(jù)精度提供判斷依據(jù)。

（3）實現(xiàn)礦山地形測量精度分析。利用激光雷達技術進行礦山地形測量精度分析時，是通過分析處理激光雷達測繪數(shù)據(jù)，基于礦山地形形成一定比例會制成相應的空間三維模型，模型網(wǎng)格間距是否符合礦山地形等高距比例尺相關要求，之后對部分模型數(shù)據(jù)進行挑選，當做精度對比參照，在此基礎上，對礦山地形測量數(shù)據(jù)有無達到先期設定精度要求進行分析。首先通過云技術對這些數(shù)據(jù)進行分類，然后對礦山地面各點坐標信息數(shù)據(jù)進行提取，在這些數(shù)據(jù)基礎上，生成相應比例數(shù)字表面模型，之后標記模型類相對的對標數(shù)據(jù)，在此基礎上形成和礦山地形實際相符合的等高線圖，然后將各種地形、高度以及給覆蓋程度不同數(shù)據(jù)當做檢查點，對比分析檢查點相對的數(shù)據(jù)和礦山地形測量數(shù)據(jù)，將各點誤差計算出來，并對礦山地形等高線平均誤差進行計算，在此基礎上對礦山地形測量精度做出準確分析。

5 礦山地形測量當中應用激光雷達測繪技術的實際意義

現(xiàn)如今，伴隨經(jīng)濟社會高速發(fā)展，社會各個領域對礦產(chǎn)資源需求越來越大，加大礦山資源開發(fā)成為滿足社會各個領域礦產(chǎn)資源需求的重要途徑。而在開采礦山資源過程中，如果未能將先進技術充分發(fā)揮出來，便會對礦山資源開發(fā)效率和質量造成很大影響，更甚者破壞周邊環(huán)境，導致嚴重的生態(tài)環(huán)境問題。激光雷達技術作為一種現(xiàn)代化高新技術手段，在礦山數(shù)字化建設過程當中發(fā)揮著極為重要的作用，利用此項技術，工作人員便可基于測繪信息數(shù)據(jù)前提下，對礦山區(qū)域地形地質情況全面了解。

6 結語

激光雷達測繪技術作為一種現(xiàn)代化的測繪技術手段，在礦山測量當中發(fā)揮著非常重要的作用，不僅可以對礦山地形信息高效獲取，還能保證測繪精度，大幅提高分析效率，激光雷達測繪技術把測量技術和數(shù)據(jù)分析技術充分融于一體，實現(xiàn)了測繪技術的革命性發(fā)展，而且在今后科技不斷創(chuàng)新和發(fā)展進程當中，激光雷達測繪技術將有著更大的發(fā)展?jié)摿εc應用空間。