基於背包平台應用激光雷達技術進行礦堆體積量測
一
概述
精確量測礦石堆體積是礦山測量的常見工作。傳統採用的方法是採用全站儀或GPS RTK測量堆積物表面的離散點坐標，再計算礦石堆的體積。由於這些堆積物表面形狀比較複雜，測量的離散點有限，部分高程無法觀測，實踐過程中只能通過等高線模擬得到礦堆體積；採用攝影測量求取礦堆體積時，難以確定一些堆積物的同名點對，精度較差，測量結果誤差較大。
本文介紹採用基於背包平台的三維激光掃描系統對堆積物進行觀測，快速獲取大量礦石堆表面點的三維坐標的同事，測量點也較為均勻地分布在堆積物表面，可以精確地計算出礦堆的體積。
二
設備選用
背包激光雷達掃描系統---LiBackpack
LiBackpack是北京數字綠土科技有限公司自主研發的室內外一體化激光雷達掃描系統，結合激光雷達和SLAM技術，無需GPS即可實時獲取高精度點雲數據。可用於地下空間信息獲取、隧道工程、數字工程、數字礦山、林業資源普查、建築立面測量等領域。
LiBackpack（Velodyne VLP-16／HDL 32E）
產品優勢
易操作：自動化程度高，開機即用。
低成本：無需GPS，成本大幅度降低。
高精度：結合激光雷達和SLAM演算法實現室內外一體化測量，無需GNSS信號即可實現厘米級數據精度。
查看簡潔方便：數據在手機、平板等移動端實時顯示；支持無線／有線數據方式查看數據；數據傳輸穩定性強，邊採集邊查看。
高效率：實時顯示高精度點雲數據，支持在線閉環以及閉環優化,掃描完成即可導出採集點雲數據
多平台：設計輕巧便捷，可搭載不同的移動平台，無論是手持（手持建議傾斜15°或者30°）、步行、騎行、車載都可以輕鬆採集數據。
數據處理軟體---LiDAR360點雲數據處理分析軟體
LiDAR360是數字綠土自主研發的一款專業激光雷達點雲數據處理和分析軟體，基於自主知識產權的點雲數據處理平台，擴展地形、林業、電力等行業模塊。主要功能包括海量點雲數據可視化編輯、基於嚴密幾何模型的航帶匹配、點雲自動 / 手動分類、地形產品生成、林業分析、電力巡檢。
三
作業流程
利用LiBackpack進行礦堆體積量測分為四個步驟：現場路徑規劃、數據採集、點雲數據處理、礦堆體積量測。
LiBackpack+ LiDAR360礦堆測量技術流程
現場路徑規劃
根據礦堆的大小、高度、周圍環境等因素，確定合適的掃描路線。路線要求：
路徑設計不要彎彎曲曲，儘可能保持平穩過渡。
若礦區較大，最好走S型路線進行數據採集。
掃描路線不要來回多次重複，盡量一次掃完一個區域。
現場數據採集
按照預先規劃好的路線進行數據採集，連接移動端設備後，點擊界面start按鈕開始採集數據， 設備掃描時用戶可在手機／平板電腦上查看實時掃描的點雲以及運動軌跡，採集完成後=點擊stop按鈕停止採集。若作業區域面積較大，用戶可藉助自行車、平衡車、電動車等工具進行現場數據採集工作，可提高掃描效率。
（作業人員進行數據採集，在手機上查看實時的採集情況）
現場採集注意事項
從靜止的位置開始，待屏幕出現點雲數據後開始移動採集；
避免後期雜訊點過多造成的處理時間長，掃描場景里盡量減少人或物體移動。
點雲數據處理
通常採樣空間表面粗糙度大、乾濕不均，導致在三維激光掃描過程中不可避免地會獲得大量的雜訊點雲。該類雜訊點(包括漂移點、孤立點、冗餘點、混雜點等)的存在不僅增加了數據量，而且嚴重影響了點雲質量和後續礦堆體積量測，會降低數據處理效率，因而有必要進行點雲去噪，刪除雜訊點數據。
礦堆體積量測
使用LiDAR360軟體的體積量測工具直接進行礦堆體積量測，互動式選擇測量參考平面，計算相對於參考平面的填方、挖方和填挖方量，從而計算得出礦堆的體積信息。
在計算過程中，單元格大小設置的過大，則格網不能很好地反映地形變化，如果格網設置的過小，則容易受到表面雜訊點的影響。根據長期經驗，建議將格網大小設置為0.03~0.05。
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