[发明专利]一种地面三维激光扫描无标靶监测矿区地表沉陷的方法

说明书

本发明涉及一种地面三维激光扫描无标靶监测矿区地表沉陷的方法，属于矿区开采沉陷技术领域，解决了现有技术中矿区开采沉陷监测外业劳动强度大、标靶布设困难、效率低且存在人身安全风险的问题。本发明的方法步骤包括：在矿区工作面布设地面三维激光扫描仪测站点位置；使用三维激光扫描仪对矿区工作面进行多站点扫描，获得同期多站点云数据；对点云数据预处理；利用预处理后的各期点云数据建立地表DEM；通过多期地表DEM相减，得到观测期间地表动态下沉值。本发明无需布设标靶对矿区地表沉陷进行监测，使用特征点完成同期多站点云数据拼接，将整体点云统一转换到大地坐标系下，简化了野外作业流程，降低了工作的危险性，提高了工作效率。

技术领域

本发明涉及矿区开采沉陷技术领域，尤其涉及一种地面三维激光扫描无标靶监测矿区地表沉陷的方法。

背景技术

三维激光扫描技术属于面式测量模式，近年来该技术以其高效、高精度、非接触的特点广泛应用于变形监测、地质灾害防护、工业与建筑物建模等领域，其中在地表沉陷监测领域克服了传统主断面“十字”线状观测站监测地表沉陷的缺点和不足，实践表明该方法可以有效获取建筑物、地表等变形信息。

使用三维激光扫描对目标进行数据采集时，由于视角受限或其他物体遮挡等原因，需要合理布设观测站点，多站点对目标进行全方位扫描。传统的拼接方法是人工布设三个或三个以上不共线的标靶，多站间数据将公共标靶视为同名点从而完成坐标的强制对齐，使多站数据统一到某个独立的三维坐标系下，这种方法费时费力，尤其是在地形复杂、测区范围较大的野外，存在标靶布设困难且难以测量出标靶中心大地坐标的问题，同时野外劳动量大，效率低且增加了工作的危险性。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种地面三维激光扫描无标靶监测矿区地表沉陷的方法，用以解决现有矿区开采沉陷监测外业劳动强度大、标靶布设困难、效率低且存在人身安全风险的问题。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现的：

一种地面三维激光扫描无标靶监测矿区地表沉陷的方法，步骤包括：

步骤1：在矿区工作面布设地面三维激光扫描仪测站点位置；

步骤2：使用三维激光扫描仪对矿区工作面进行多站点扫描，获得同期多站点云数据；

步骤3：对点云数据预处理；

步骤4：利用预处理后的各期点云数据建立地表DEM；

步骤5：通过多期地表DEM相减，得到观测期间地表动态下沉值。

进一步，

所述步骤1中，所述布设地面三维激光扫描仪测站点位置，测站点之间无需布设标靶。

进一步，所述步骤3中，所述点云数据预处理包括点云数据拼接，将同期多站点云数据转换到扫描仪坐标系下。

进一步，所述点云数据拼接通过选取公共特征点完成。

进一步，所述公共特征点是指建筑物或构筑物的棱角分明的公共点。

进一步，所述点云数据拼接时使用布尔沙模型。

进一步，所述步骤3中，所述点云数据预处理还包括点云数据大地坐标转换，将扫描仪坐标系转换到大地坐标系下。

进一步，所述大地坐标转换是使用全站仪测量的观测站点大地坐标系，求出坐标平移、旋转转换参数，将整体点云转到测区大地坐标系下。

进一步，所述步骤4中，所述建立地表DEM，使用离散点构网法，其步骤包括：

s1.计算观测区范围，即得到的扫描范围内最大、最小坐标；

s2.设置网格间距，在最大、最小坐标形成的范围内循环划分网格；