三維激光掃描技術(shù)是國際上近期發(fā)展的一項(xiàng)高新技術(shù)。利用三維激光掃描技術(shù), 可以深入到復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境及空間進(jìn)行掃描操作, 并可以直接實(shí)現(xiàn)各種大型的、復(fù)雜的、不規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)體或?qū)嵕叭S數(shù)據(jù)完整的采集, 進(jìn)而快速重構(gòu)出實(shí)體目標(biāo)的三維模型及線、面、體、空間等各種制圖數(shù)據(jù)。

二、需求分析

對于煤堆儲量的測量，傳統(tǒng)方法一般都是用RTK選點(diǎn)和全站儀免棱鏡的測量方法。這種方法誤差大、效率低，外業(yè)人員的工作量大。掃描儀具有測量速度快、信息量豐富以及高精度的特點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)測量方法的弊端。本次測量的目標(biāo)是測量云南省某煉焦廠煤儲量。該廠儲煤場地為露天的，300m*170m場地為8處，每一處都有數(shù)個大小不等的煤堆，現(xiàn)場情況比較復(fù)雜。儲煤區(qū)大多都為煤粉，用傳統(tǒng)方法的話人員難以爬上煤堆，全站儀無棱鏡打點(diǎn)效率低下、測算體積精度差。用激光掃描儀很好的解決了這一難題。

三、方案介紹
        上海華測導(dǎo)航技術(shù)有限公司長期從事激光掃描儀高精度解決方案的研究，其解決方案成功運(yùn)用到建筑、文物保護(hù)、工廠數(shù)字化等領(lǐng)域。本次煤堆測量引入三維激光掃描技術(shù)作為數(shù)字化手段，三維激光掃描技術(shù)又稱“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，可獲取任何復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境及空間目標(biāo)的三維立體信息，快速重構(gòu)目標(biāo)的三維模型及線、面、體、空間等各種帶有三維坐標(biāo)的數(shù)據(jù)，再現(xiàn)客觀事物真實(shí)的形態(tài)特性。其非接觸的數(shù)據(jù)獲取方式可以有效地減少傳統(tǒng)操作中不必要的破壞以及擬補(bǔ)傳統(tǒng)測量手段的測量死角，并提高工作效率。

1、數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集使用德國Z+F激光掃描儀，采用非接觸式測量，掃描儀參數(shù)如下：

激光采集速度：1,016,000點(diǎn)/秒

每站測量3分鐘

精度：25米處±0.5毫米

最大掃描距離：187.3米

掃視角范圍：水平360°垂直320°

內(nèi)置相機(jī)：8千萬像素廣角環(huán)幕無視差相機(jī)        

彩色觸摸屏，指尖操控

2、數(shù)據(jù)處理

   數(shù)據(jù)處理采用Z+F LaserControl數(shù)據(jù)處理軟件，功能包括掃描儀的控制、點(diǎn)云拼接、點(diǎn)云濾波去噪、三維數(shù)據(jù)展示等，后期功能包括點(diǎn)云任意切片、格式轉(zhuǎn)換、點(diǎn)云染色、創(chuàng)建正射影像等，軟件的專業(yè)加強(qiáng)版還包含刑偵等其它行業(yè)的專業(yè)應(yīng)用功能。

   建模所需軟件為Geomagic，其建模原理為基于點(diǎn)云構(gòu)建三角網(wǎng)，形成三角面片從而構(gòu)建出物體的表面模型。

三、作業(yè)方案

   1、外業(yè)儀器、人員配置:

Z+F激光掃描儀一臺

三腳架一副

標(biāo)靶球6個

Z+F標(biāo)靶紙若干

技術(shù)人員2人

   2、規(guī)劃實(shí)測線路

    根據(jù)儲煤場地的現(xiàn)場情況合理布設(shè)每一站位置，規(guī)劃掃描儀走向。做到被測物體沒有死角。如下圖是某一處儲煤場地掃描線路圖，圓形為測站位置，箭頭指示方向?yàn)閽呙鑳x測量走向。

 3、現(xiàn)場掃描

　　因?yàn)閽呙鑳x測出來都是單站數(shù)據(jù)，需要將每一站的數(shù)據(jù)連接起來。拼接方法有兩種，第一種標(biāo)靶球拼接方法精度高，但是比較GPS拼接方法效率要慢一些；GPS拼接方法雖然效率高但是精度稍差。

(1)標(biāo)靶球拼接

每兩站掃描儀之間需要有至少三個標(biāo)靶球作為拼站點(diǎn)。作業(yè)流程為先架設(shè)第一站并在前進(jìn)方向上布設(shè)三個標(biāo)靶球并開始掃描；然后架設(shè)第二站，并在第二站前進(jìn)方向再布設(shè)三個標(biāo)靶球，要求第二站與后方、前方六個標(biāo)靶球通視，依次類推進(jìn)行掃描。

(2)GPS拼接

     先架設(shè)掃描儀和一個標(biāo)靶，掃描儀需整平并記錄儀器和標(biāo)靶高度和位置，之后進(jìn)行掃描。然后將儀器和標(biāo)靶移動至下一站掃描，并用ＲＴＫ測量第一站儀器和標(biāo)靶位置，依次類推。

 ４、內(nèi)業(yè)處理

首先利用自帶軟件Z+F LaserControl進(jìn)行數(shù)據(jù)拼接并導(dǎo)出通用格式，然后用Geomagic統(tǒng)一采樣并構(gòu)建三角網(wǎng)形成模型，最后計算煤堆體積。

四、成果

１、三維高精度點(diǎn)云和可量測2D圖

２、煤堆三角網(wǎng)

３、煤堆表面模型

4、體積量測

四、結(jié)論

   此次煉焦廠項(xiàng)目外業(yè)工作時間為3天，內(nèi)業(yè)處理為1天；傳統(tǒng)RTK+全站儀測量至少要10左右，數(shù)據(jù)處理也要5天左右。引入激光掃描技術(shù)不僅外業(yè)時間大大縮短，煤堆體積測算精度也大大增加，是此類項(xiàng)目一項(xiàng)重大突破。

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