机载激光雷达测绘技术矿山测量中应用研究

吴端松

（广州建通测绘地理信息技术股份有限公司，广东 广州 510000）

为了提高采点效率和带宽，采用扫描的方式来改变激光束的发射方向，将这些设备有机地集成在一起协同工作，就构成了一个机载激光雷达测量系统。本文主要叙述了LIDAR技术的数字化成图研究，从激光雷达技术的原理和特点，再到数据的采集、数据处理最后成图[1]。以及重点提到了数据处理的软件Terrascan在实际运用中的操作方法。

1 机载激光雷达测量技术方法

1.1 工作流程分析

在上面已经介绍过航摄外业的一些基本要求和准备。当航飞数据和地面GPS数据采集回来后，首先要做的是参考面测量和外业数据的检查，发现航飞数据偏差过大或者是噪音点影响了数据的质量，必须要求重飞。内业数据处理将在后面的内容中呈现。

1.2 技术路线研究

该项目的作业流程可以分为3个阶段：矿山地理信息数据采集、数据预处理和产品制作。数据采集主要是航飞获取点云数据的过程，包括设备安装调试、检校场选择和布设、航线设计、外业GPS基站布设、外业航飞采集、数据整理与质量检查等内容。

数据预处理主要是将航飞过程中获得的点云数据、GPS数据和IMU数据进行转换处理，计算获取差分GPS和IMU的联合定位定向数据，对点云数据滤波去除噪声、实施坐标转换等。产品制作主要包含DEM、DOM和DLG等产品的制作。

2 LIDAR数据采集处理流程

2.1 总体技术路线

项目开始前，即可准备测区的范围和控制点资料，向军事和航管相关部门申请航飞批文，按规程要求到相关接洽部门协调。

2.2 数据预处理

对航飞过程中随激光点云数据同步采集的GPS数据、IMU数据和系统所提供的各类参数等进行联合解算，获取每一个激光点的空间坐标和每张影像粗略的外方位元素。进行空间纠正解算后的点云数据已经可以分辨出大量地物。根据成果要求可转换到地方坐标系或CGCS2000国家坐标系。因激光点云的数据量很大，需要对其进行分割处理，以适应后续产品制作。

2.3 坐标转换

本项目坐标转换采用平面和高程分开两步转换方法。各分区分别采用布尔莎七参数转换模型法进行平面转换，再利用大地似大地水准面精化成果拟合方法进行高程转换。

2.4 航带拼接和系统误差改正

将每条航带点云数据和参考面数据进行比较，对点云进行平面和高程检查和校正，小于限差后，再进行航带拼接。利用检校场数据进行偏心角与偏心分量计算，得到设备系统偏向角改正数与偏心分量改正数。应用偏心角改正数与偏心分量改正数于航飞成果数据来抵消系统误差，达到改正系统误差目的。

3 基于Terrascan下LIDAR点云分类

在Terrascan软件下进行的点云分类包括点云自动分类和点云手动分类。点云的自动分类在整个lidar数据处理中起着重要的作用，其分类结果的好坏直接影响着后续的手工分类的难度和效率，DTM等产品的精度。

3.1 准备工作

用TerraScan读入激光点，打开显示模式控制窗口（如图1）。通过该窗口来控制点云的显示模式。

打开Tools-＞Showstatistics查看点云分层统计信息，看是否有未显示出来的层，通过编辑ptc添加相应层使所有点显示出来。

图1 激光点显示控制窗口

应用createditablemodel工具对地面层点建TIN，然后对构建的TIN模型进行渲染，所用工具为displayshadedsurface。通过全屏显示视窗1查看是否有飞点、查看是否有整片缺地面点情况，剖面应用到视窗2后全屏显示看是否有噪音点（明显高于或低于地面的点），用F2将这些点分类到第7层。然后将该层内所有点删除掉。

3.2 找回缺失地面点

3.2.1 显示非地面点

创建地面点TIN模型、渲染。关闭地面点层(2-ground)的显示，显示其他可能有地面点的所有层点，放大至一定倍数，逐屏浏览分析，对有大片非地面点或有规律的非地面点处做剖面查看，将落在地面上的点分类回地面，可以用的分类工具有剖面结合线下分类工具、添加地面点工具操作界面。刷子分类工具(用于找特定的坎、堎等）操作界面。

3.2.2 显示地面点

创建地面点的TIN，渲染。显示地面点，放大至一定倍数，逐屏浏览分析，对大片无地面点处做剖面分析，如果缺失地面点，则通过分类工具将其分类回地面。

3.2.3 自检

以上步骤完成后，将模型放大至一定倍数，再逐屏检查一遍，自检确认没有问题后再保存提交至质检处进行检查。

4 结论

目前，虽然数据处理软件的研发相对滞后于系统硬件的发展，在一定程度上制约了其应用的发展。但是，该技术凭借其独特的优越性，在矿山开采中已得到越来越多的应用。

LiDAR技术是新的获取数据的方法，它具有普通航空摄影测量无法比拟的优势。随着计算机技术的飞速发展、LiDAR理论的逐步完善，现在已经由以前的理论阶段进入了实际应用生产阶段。LiDAR技术必定有更广阔的发展前景。