基于激光雷达测绘技术在矿山地形测量中的精度分析

曾祥凯

（1.山东省煤田地质局第二勘探队，山东 济宁 272100；2.中国矿业大学，山东 济宁 272000）

相对于传统测绘技术，激光雷达测绘技术测量效率更高、测量结果准度更高，目前该技术已经被广泛应用到各个领域中。传统的测绘技术在对矿山地形测量过程中，由于测量面积较大、矿山植被覆盖率较高、矿区内建筑物较多，导致测量结果精度不稳定，所以此次将激光雷达测绘技术应用到矿山地形测量精度分析中，形成了一种基于激光雷达测绘技术在矿山地形测量中的精度分析方法[1]。

1 基于激光雷达测绘技术在矿山地形测量中的精度分析方法

1.1 获取矿山地形数据

在对矿山地形测量数据精度分析之前，首先需要利用激光雷达测绘技术获取矿山地形数据，用于后期数据比较分析，技术应用之前需要根据矿山的地形特征对激光雷达的参数进行设置，其中包括激光点频、飞行速度、扫描电机、净空高度以及横纵向点距，以此保证获取数据的质量[2]。激光雷达测绘技术对采点地形数据获取主要是通过雷达向矿山地表发射出激光冲脉，当激光冲脉到达地面后利用传感器将激光冲脉的反射信息进行接收，同时运用GPS装置确定传感器地理位置，然后通过IMU惯性测量装置检测雷达的实时姿态数据，获得所有激光冲脉与地面接触的空间三维坐标，最后运用分类技术将于采点地形无关的数据进行移除，其中包括地表建筑物、覆盖物、植被等坐标数据，以此完成激光雷达测绘技术对矿山地形数据的获取。

1.2 矿山地形数据处理

矿山地形数据处理的好坏将直接关系到分析结果的精度，由于激光雷达对矿山地形采集的数据量较大，所以为了在保证数据处理质量的同时还能够提高处理效率，采用TerraScan技术对激光雷达测绘数据进行处理[3]。当激光冲脉的落脚点是水域或无信号区域时，传感器会采集的反射信息是以乱码形式存在的，所以首要任务就是剔除原始数据中的乱码信息。由于激光雷达测量的复杂性，导致每次扫面重叠部分的数据都是不一样的，所以需要将激光数据进行拼接和分类处理，以此保证重叠和非重叠数据的平稳过度，使采集到的矿山地形数据做到无缝连接。最后将剩余的数据进行滤波处理，同时将部分矿山地形不明显的数据给予剔除，将数据文件控制到最少，为后续数据精度分析提供良好的判断依据。

1.3 实现矿山地形测量精度分析

激光雷达精度分析是将经过处理得到的数据绘制成与矿山地形成一定比例的空间三维模型，模型网格间距与实际矿山地形等高距是否满足比例尺要求，然后挑选部分模型数据作为精度对比依据，以此分析出矿山地形测量的数据是否达到预先设定的精度要求。首先将数据通过云技术进行分类，主要是提取出矿山地面各个点的坐标数据，根据这些坐标数据按照一定比例生成数字表面模型（如图1所示）。

图1 矿山地形数字表面模型

然后将模型中的关键点标记对应的对标数据，生成矿山地形实际等高线图。

最后选取不同植被覆盖程度、不同地形、不同高度的数据点作为检查点，将检查点对应的数据与矿山地形测量数据进行对比，并计算出各个点位的误差，最后计算出矿山地形等高线图的平均误差，以此分析出矿山地形测量的精度。

2 实验

2.1 实验准备

为了证明此次提出的基于激光雷达测绘技术在矿山地形测量中的精度分析方法的有效性，特设计了一组对比实验，运用此次提出方法和原有分析方法对某矿区测量数据进行精度分析。

为了保证实验结果的有效性，两种分析方法都使用Optech ALTN激光雷达扫描系统，并且设置相同的指标参数。下表为激光雷达参数表。

表1 激光雷达参数表

此次实验共布置40个检查点，其中包括20个平面检查点和20个高程检查点，两种方法误差要求0～0.2之间。

2.2 结果分析

下表为两种方法的实验结果。

表2 两种方法的实验结果

从表2可以明显看出，应用此次提出的方法得出结果的准确度满足预先设定的要求，对于高程检查点数据精准度分析的结果准确性相对平面数据分析结果较低，但总体具有较高的准确度，而原有的分析方法准确度比提出方法低12.1%，所以实验证明了基于激光雷达测绘技术在矿山地形测量中的精度分析方法具有较高的准确度。

3 结语

激光雷达测绘技术作为一种新型的测量技术应用到矿山地形测量中，不仅能够精准的测量到矿山地形信息，同时还具有较高的分析效率，它成功的将测量技术与数据精度分析技术结合在一起，是一项革命性测绘技术，随着现在技术的不断发展和创新，激光雷达测绘技术将会具有巨大的应用空间和发展潜力。