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1內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

三維激光的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理主要是對點云進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理，點云數(shù)據(jù)處理是對建模目標(biāo)采集的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，通過地理參考、數(shù)據(jù)配準(zhǔn)、數(shù)據(jù)縮減、數(shù)據(jù)濾波，得到能夠反映建模目標(biāo)的三維點云模型。如圖2所示為三維激光掃描系統(tǒng)內(nèi)業(yè)處理流程，其中，數(shù)據(jù)配準(zhǔn)和數(shù)據(jù)濾波是內(nèi)業(yè)處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)配準(zhǔn)又叫做點云拼接、坐標(biāo)糾正，由于目標(biāo)物的復(fù)雜性，通常需要建立從不同方位掃描的多個測站，通過坐標(biāo)配準(zhǔn)將點云數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一個坐標(biāo)系系統(tǒng)，其中拼接的方法主要有：根據(jù)兩站相同的標(biāo)靶進(jìn)行拼接；利用點云模型進(jìn)行的點云面的拼接；利用輸入控制點坐標(biāo)進(jìn)行拼接。在此次測量過程中利用GPS－RTK聯(lián)測標(biāo)靶坐標(biāo)進(jìn)行了拼接，可以將掃描測站的坐標(biāo)系直接轉(zhuǎn)換成工程需要的坐標(biāo)系。數(shù)據(jù)濾波中對于有序的噪聲分布通常采取平滑濾波的方法，對于特征明顯的噪聲點可以直接刪除。由于外在條件與儀器內(nèi)部因素影響，觀測數(shù)據(jù)中不可避免的會存在噪聲點，需要進(jìn)行濾波的處理，否則會影響特征點的提取。此次在處理過程中采取了中值濾波與人工刪除的方法，濾波效果明顯。

2工程應(yīng)用

冀東水泥廠某礦區(qū)，礦山南部有明顯開采，有比較大的陡坎和斷層，通視相對困難，觀測條件較差；礦山北部呈現(xiàn)階梯狀，山上有部分農(nóng)田分布，走勢平緩，不僅適合掃描，也適合后期點云去噪處理。

2．1礦山外業(yè)數(shù)據(jù)采集外業(yè)數(shù)據(jù)采集掃描前后共用時2．5d，共建立三維激光掃描測站19個，生成三維點云數(shù)據(jù)5．66G，完成了礦區(qū)面積約766250．37m2的外業(yè)掃描。與傳統(tǒng)的利用全站儀數(shù)字測圖相比大大提高了工作效率。實際觀測時依據(jù)礦山的地貌特點，設(shè)計了相應(yīng)的野外作業(yè)方案：（1）測站的選取。為保證“測站盡量減少”的原則，設(shè)計了測站路線，如圖3所示P1～P19，共設(shè)置19站。在測量過程中首先將測站設(shè)立在通視情況比較好的山頂P1～P7，以盡可能的掃描測區(qū)最大區(qū)域；其次對于北側(cè)礦區(qū)比較平緩地區(qū)，根據(jù)儀器測量中角度參數(shù)，需要在山腳建立測站P11～P14；最后對于地形比較復(fù)雜的南部礦區(qū)，通視條件較差，為保證點云的完整性，在南面地區(qū)加設(shè)測站P18、P19。（2）標(biāo)靶的設(shè)置。由于礦山南側(cè)地形復(fù)雜，在掃描的點云中本身就存在清晰的特征點；礦區(qū)北側(cè)，礦山走勢平緩，特征點不明顯，所以需要加設(shè)標(biāo)靶每測站4個并且不在同一直線、同一平面上，如表1所示P12A～P12D表示4個標(biāo)靶坐標(biāo)；礦山南側(cè)進(jìn)行掃描時，對每一測站進(jìn)行掃描時加設(shè)1個控制點標(biāo)靶，利用RTK進(jìn)行聯(lián)測以方便地理參考P18A、P19A分別表示第18、19站標(biāo)靶坐標(biāo)。（3）現(xiàn)場掃描。根據(jù)礦山特點，利用RiscanPro軟件控制掃描儀進(jìn)行掃描時，需要設(shè)置好水平方向起始和停止的角度，設(shè)置垂直方向的角度，本次掃描中設(shè)置水平掃描角度為360°，上下掃描角度各50°。本次掃描設(shè)置掃描精度為0．09°，每站掃描2次，精度相當(dāng)于每2點間隔0．045°。

2．2礦山內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理由于測區(qū)面積比較大，南北測區(qū)地勢不一致，測量地勢變化比較大，所以采用了不同的拼接方法：礦山北部采用標(biāo)靶拼接，本次掃描過程中南部地區(qū)測站之間按照標(biāo)靶放置要求安置了標(biāo)靶，一般為了提高拼接精度，在作業(yè)過程中放置了4個標(biāo)靶，利用了標(biāo)靶拼接的方法對相同編號的標(biāo)靶進(jìn)行了對應(yīng)的拼接；礦山南部地區(qū)特征點明顯，采用了點云拼接方法，為了提高拼接精度，在項目點云拼接過程中選取4個特征點。并且在此次拼接過程中導(dǎo)入了靶心坐標(biāo)進(jìn)行地理參考。數(shù)據(jù)濾波又稱為去噪，由于在礦山掃描過程中，不僅儀器系統(tǒng)內(nèi)部會造成一定的噪聲，同時來往的車輛，在礦區(qū)飛起的塵土，礦區(qū)的樹木，都會給礦區(qū)的點云產(chǎn)生一定的影響，在冀東數(shù)據(jù)處理時采用2種方法：第1種人工交互法直接刪除，第2種是利用軟件進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)濾波結(jié)果如圖4所示，在點云去噪之前前有明顯的數(shù)木噪聲存在，在礦山其它地區(qū)也存在噪聲點，在濾波過程中首先進(jìn)行刪除，其次進(jìn)行了中值濾波處理，結(jié)果可以很明確的看出樹木等明顯的噪聲被去除，處理后的點云分布更加均勻。

3成果的生成

數(shù)字地形圖的繪制：根據(jù)處理后點云模型，在三維點云模型中按照地形圖綜合取舍要求，利用點云矢量化的處理方式選取具有表示山地特征點的點云數(shù)據(jù)，描繪成線；將在三維點云模型中所繪制的矢量線保存在縮略名為．dxf的文件中；利用CASS進(jìn)行礦山的繪制，并展繪高程點，按照數(shù)字地形圖要求加上相應(yīng)的注記，添加外圖框、內(nèi)圖框、比例尺等信息，得到地形圖如圖5所示。等高線的生成：將內(nèi)業(yè)處理的點云模型進(jìn)行稀釋，在滿足工程精度要求的基礎(chǔ)上盡可能增大稀釋距離，此次設(shè)置稀釋距離為5m；將稀釋的點云展繪在CASS軟件中，利用展繪的點云進(jìn)行DTM建立；根據(jù)點云建立的DTM模型，利用CASS軟件在DTM的基礎(chǔ)上建立等高線模型如圖6所示，從圖上可以看出三維激光掃描儀進(jìn)行的等高線繪制，由于數(shù)據(jù)充足，得到的DTM網(wǎng)型規(guī)則，等高線與實際地形更為接近。

4結(jié)論

采用RieglVZ400三維激光掃描儀，對高差較小的礦區(qū)外表面進(jìn)行了掃描，通過內(nèi)業(yè)處理生成點云模型后，利用CASS軟件生成了數(shù)字地形圖和等高線模型，與傳統(tǒng)測圖相比，具有精度高、數(shù)據(jù)量大、效率高等優(yōu)點，三維激光掃描技術(shù)在礦區(qū)數(shù)據(jù)監(jiān)測中具有廣闊的應(yīng)用前景。

作者：李衛(wèi)強 汪金花 單位：華北理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院