三维激光扫描技术是国际上近期发展的一项高新技术。利用三维激光扫描技术, 可以深入到复杂的现场环境及空间进行扫描操作, 并可以直接实现各种大型的、复杂的、不规则、标准或非标准的实体或实景三维数据完整的采集, 进而快速重构出实体目标的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据。

二、需求分析

对于煤堆储量的测量，传统方法一般都是用RTK选点和全站仪免棱镜的测量方法。这种方法误差大、效率低，外业人员的工作量大。扫描仪具有测量速度快、信息量丰富以及高精度的特点，克服了传统测量方法的弊端。本次测量的目标是测量云南省某炼焦厂煤储量。该厂储煤场地为露天的，300m*170m场地为8处，每一处都有数个大小不等的煤堆，现场情况比较复杂。储煤区大多都为煤粉，用传统方法的话人员难以爬上煤堆，全站仪无棱镜打点效率低下、测算体积精度差。用激光扫描仪很好的解决了这一难题。

三、方案介绍
        上海华测导航技术有限公司长期从事激光扫描仪高精度解决方案的研究，其解决方案成功运用到建筑、文物保护、工厂数字化等领域。本次煤堆测量引入三维激光扫描技术作为数字化手段，三维激光扫描技术又称“实景复制技术”，可获取任何复杂的现场环境及空间目标的三维立体信息，快速重构目标的三维模型及线、面、体、空间等各种带有三维坐标的数据，再现客观事物真实的形态特性。其非接触的数据获取方式可以有效地减少传统操作中不必要的破坏以及拟补传统测量手段的测量死角，并提高工作效率。

1、数据采集

数据采集使用德国Z+F激光扫描仪，采用非接触式测量，扫描仪参数如下：

激光采集速度：1,016,000点/秒

每站测量3分钟

精度：25米处±0.5毫米

最大扫描距离：187.3米

扫视角范围：水平360°垂直320°

内置相机：8千万像素广角环幕无视差相机        

彩色触摸屏，指尖操控

2、数据处理

   数据处理采用Z+F LaserControl数据处理软件，功能包括扫描仪的控制、点云拼接、点云滤波去噪、三维数据展示等，后期功能包括点云任意切片、格式转换、点云染色、创建正射影像等，软件的专业加强版还包含刑侦等其它行业的专业应用功能。

   建模所需软件为Geomagic，其建模原理为基于点云构建三角网，形成三角面片从而构建出物体的表面模型。

三、作业方案

   1、外业仪器、人员配置:

Z+F激光扫描仪一台

三脚架一副

标靶球6个

Z+F标靶纸若干

技术人员2人

   2、规划实测线路

    根据储煤场地的现场情况合理布设每一站位置，规划扫描仪走向。做到被测物体没有死角。如下图是某一处储煤场地扫描线路图，圆形为测站位置，箭头指示方向为扫描仪测量走向。

 3、现场扫描

　　因为扫描仪测出来都是单站数据，需要将每一站的数据连接起来。拼接方法有两种，第一种标靶球拼接方法精度高，但是比较GPS拼接方法效率要慢一些；GPS拼接方法虽然效率高但是精度稍差。

(1)标靶球拼接

每两站扫描仪之间需要有至少三个标靶球作为拼站点。作业流程为先架设第一站并在前进方向上布设三个标靶球并开始扫描；然后架设第二站，并在第二站前进方向再布设三个标靶球，要求第二站与后方、前方六个标靶球通视，依次类推进行扫描。

(2)GPS拼接

     先架设扫描仪和一个标靶，扫描仪需整平并记录仪器和标靶高度和位置，之后进行扫描。然后将仪器和标靶移动至下一站扫描，并用ＲＴＫ测量第一站仪器和标靶位置，依次类推。

 ４、内业处理

首先利用自带软件Z+F LaserControl进行数据拼接并导出通用格式，然后用Geomagic统一采样并构建三角网形成模型，最后计算煤堆体积。

四、成果

１、三维高精度点云和可量测2D图

２、煤堆三角网

３、煤堆表面模型

4、体积量测

四、结论

   此次炼焦厂项目外业工作时间为3天，内业处理为1天；传统RTK+全站仪测量至少要10左右，数据处理也要5天左右。引入激光扫描技术不仅外业时间大大缩短，煤堆体积测算精度也大大增加，是此类项目一项重大突破。

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