基于三维激光扫描技术的矿山地质工程精度检测应用研究

（北京中色测绘院有限公司，北京 100000）

测绘成果精度检测是三维激光扫描技术应用下测绘成果质量检验中的重要组成部分，是三维激发扫描技术应用不可或缺的环节。对此，面对矿山工程三维激光扫描技术应用范围的不断扩展，有必要加强三维激光扫描技术精度检测测绘成果研究，掌握测绘精度检测方法，提升矿山三维激光扫描技术应用质量。

1 对“三维激光扫描技术”的基本认识

三维激光扫描技术（3D laser scanning technology）又被称之为“实景复制技术”（Scene replication technology）是继GPS空间定位技术发展后测绘领域又一技术革命产物。三维激光扫描技术出现于二十世纪九十年代，以激光测距原理为基础，通过激光扫描实现被测对象三维坐标及其相关信息的精准、高速获取，并根据获取的数据信息进行被测对象三维模型的复建，实现几何数据、影响信息的有效转换，以满足空间信息数据库构建需求。对于传统技术而言，三维激光扫描技术实现测绘领域单点测量向面测量的演进，具备测量精度高、效率高、时效性强、空间点位信息大量采集、不接触性、自动化、主动性等特征[1]。目前，矿山地质三维激光扫描技术已经在大型矿山建筑等工程测量领域，以及地质勘查领域等得到广泛应用[2]。

2 三维激光扫描技术精度检测测绘应用

2.1 应用理论分析

三维激光扫描技术相关概述分析可知，三维激光扫描技术已经成为测绘领域应用的核心技术，具有广阔的应用前景。而在三维激光扫描技术应用过程中，需对测绘成果进行精度检测，包括“平面相对位置与绝对位置精度”、“地理精度”“高程精度”等的科学检测，以保证三维激光扫描技术应用下所获得检测结果的准确，提升技术应用质量与效率。因此，精度检测是三维激光扫描技术应用不可或缺的存在，三维激光扫描技术检测测绘成果精度的科学应用直接关系着三维激光扫描技术应用质量。就当前测绘成果检测实际发展情况来看，仍以传统测绘成果检测方法为主，三维激光扫描技术及三维激光扫描技术检测测绘成果精度的应用有待进一步强化。对此，在已有研究经验归纳与总结的基础上，以提升测绘质量与效率，促进三维激光扫描技术推广，降低测绘成果精度检测工作压力为目的。

2.2 应用实践分析

根据上述检测方案，以某矿山地质测绘项目为例，就三维激光扫描技术精度检测测绘应用进行了如下分析。

2.2.1 测绘成果检测对象与检测指标

以某矿山地质测绘项目第三作业区为检查区，利用三维激光扫描技术精度检测来实现对数字化测图方法下测绘矿山地质地形图的检测。要求矿山地质测绘地形图中建筑区高程标记点与邻近图根点高程之间存在的偏差控制在15cm以内；平地等高线差求点高程误差控制在等高距（0.5m）三分之一以内；丘陵地等高线差求点高程误差控制在等高距二分之一以内。

2.2.2 高精度点云数据获取与处理

在进行高精度点云数据采集过程中：①需到检测地进行实地勘查，根据检测现场实际情况进行三维激光扫描方案的制定，确定所选用的三维激光扫描仪器。在本文所研究项目中，设计采用三维激光扫描系统对抽取的检测范围进行自动化无死角扫描。在此过程中，为提升数据全面性、完整性、准确性，科学控制扫描测站间距离（小于50m）与点云密度（3cm～6cm），并利用补充扫秒方式对特殊区域进行针对性扫描。②区域有针对性细分，进行点云拼接误差的有效控制。通常情况下，区域细分过程中需注重区域内测站数据的有效控制，多数情况下以5个～30个左右为宜。③根据测块完成点云拼接、坐标转换。在拼接与转换过程中，由于检测对象是地形图，不考虑制图接边问题。④利用相关软件转换测块点云，并保证转换后的坐标符合相关精度要求。⑤采用对比分析法进行点云精度的自检，将不符合要求的测块点云数据剔除，并通过大地坐标重新选择、坐标重新转换等方法提升测块点云精度。

2.2.3 精度测绘成果评定

在保证点云数据自检符合精度要求后，进行矿山精度测绘成果评定，具体操作如下：①平面绝对位置精度评定，即利用特征点拟合提取法，通过对比分析实现矿山平面图绝对位置精度的检测。在此过程中，将点云进行切片处理，实现点云有效剖切（切边厚度需控制在2cm以内）；从获得的切片点云中进行近邻点云检索，检索到的矿山近邻点云需拟合地形特征点；利用鲁棒迭代最小二乘算法，获得近邻域拟合地形特征点，并在对比分析中实现算法拟合错误点的剔除；将在点云（三维激光扫描技术应用下获得）中提取到的特征点，和矿山地质地形图同名点进行比较，通过计算中误差，实现平面绝对位置精度的有效检测。②平面相对位置精度评定，即利用切片点云，实现点云中地物边长、地物点间距与地形图中地物边长、地物点间距的对比分析，通过中误差计算分析，进行平面相对位置精度的检测。③矿山地质地形图高程精度的评定，即利用算法拟合法、三维点云交互提取法实现高程标记点、等高线差求点的获得，在点云与地形图相关数据对比分析中实现高程精度检测。④矿山地质地形图地理精度的评定，即依托计算机网络技术，在三维点云进行人机交互式检查，实现点云数据与地形图地理精度对比分析，实现地理精度的有效检测。在此过程中，获取三维点云，根据其所具有的“所见即所得”特点，在计算机中进行实景再现，并通过人机交互进行地理要素类别、地理要素误差、地理符号使用偏差的比较分析，根据比较结果判断地形图地理精度是否达到相关标准。

3 结论

三维激光扫描技术作为测绘领域中的一项新兴技术，在一定程度上有效改善了传统测绘技术单电测量弊端，实现矿山地质测绘质量与效率的提升。随着三维激光扫描技术理论与实践研究的不断深入，三维激光扫描技术将得到进一步完善，成为矿山地质测绘领域支柱型技术。对此，相关人员需明确认知与掌握三维激光扫描技术精度检测测量应用方法，提升技术应用可靠性。