刘夫晓

（山东金岭铁矿有限公司，山东 淄博255081）

1 前言

DTM法（不规则三角网法）利用实测地形碎部点、特征点进行三角构网，对计算区域按三棱柱法计算土方。基于不规则三角形建模是直接利用野外实测的地形特征点（离散点）构造出邻接的三角形，组成不规则三角网结构。相对于规则格网，不规则三角网具有以下优点：三角网中的点和线的分布密度和结构完全可以与地表的特征相协调，直接利用原始资料作为网格结点；不改变原始数据和精度；能够插入地性线以保存原有关键的地形特征，以及能很好地适应复杂、不规则地形，从而将地表的特征表现得淋漓尽致。因此在利用DTM法算出的土方量时就大大提高了计算的精度。传统的取点方式包括全站仪与GPS，在大面积的作业空间中，传统方法无论是在工作效率还是在测量精度上都会有所降低。三维激光扫描技术是近几年来出现的新技术，它利用激光测距的原理，采用非接触式高速激光测量方式，能够快速地获取测量对象表面的几何特征[1-3]，三维扫描技术突破了传统测量中由点到线、再由线到面的单点测量方法，目前应用于多个测绘领域[4-7]。

结合工作实践，测量部门选择视野开阔，无大型建筑物、机械的阻挡，土方较规则的料堆作为研究对象。选用了Maptek三维激光扫描系统获取点云数据，并利用Surpac软件与Cass软件分别对获取的点云数据进行了处理，并在数据处理的速度及三维建模可视化方面进行了比较。

2 三维激光扫描系统优势

本次测量选用的Maptek I-site 8810三维激光扫描系统，具有如下优势：

1）非接触测量，数据采样率高。扫描方式为脉冲式激光扫描，扫描频率为40 kHz。

2）高分辨率、高精度，主动发射扫描光源。扫描过程中主动发射扫描光源（激光），且获得的点云数据均匀、细密、噪点少，保证了数据更加准确。

3）高度集成性。具有后视定向功能，数字化采集兼容性好，测量过程中可结合GPS进行测量，多站测量数据无需拼接，弥补了其他扫描仪采用标靶拼接降低了测量精度和增加了内业处理时间的劣势。I-site8810所采集的数据是直接获取的数字信号，具有全数字特征，易于后期处理及输出。

4）高度整合性。扫描过程中可通过平板电脑操作扫描仪，实时查看扫描数据，及时了解数据质量，对扫描盲区进行及时补测，后期配有强大的处理软件I-site Studio，能输出多种格式的数据，可与其他原始CAD等数据实现高度整合。

3 数据采集、处理过程

3.1 技术方案

工作的前期内容是利用三维激光扫描技术对S8地区进行扫描，采集三维激光点云数据，在Maptek I-Site Studio中进行预处理，在topo模式下输出*.csv格式，将所获取的数据分别编辑生成Surpac软件所需要的*.str格式和Cass软件所需要的*.dat格式。总体技术路线如图1所示。

3.2 试验方法

根据Maptek I-site 8810的特点，在料堆顶部及周围共设立测站6站，采用中等分辨率进行全景扫描[8-10]，同时，为了研究对象的一致性，采用GPS RTK技术获取料堆的边界范围数据。

将获取的多个测站的料堆点云数据导入Maptek I-Site Studio中，同时将RTK获取的边界范围数据导入到survey中，保证测量数据的统一性。删除研究区域以外的点云数据，剔除非特征点的点云数据，在topo模式下，利用Despiking命令进一步删除尖峰点，保存输出为*.csv格式的数据。

3.3 Surpac软件与Cass软件对比

Surpac软件是全球同类软件中应用最为广泛的大型三维数字矿业软件，是Gemcom公司最著名的软件之一，具有功能强大、易操作等特点，是测量、地质、采矿的信息共享平台，能够兼容多种数据库和数据格式。吕宝雄等证实了利用点云数据在地形测量中的应用，但鲜有学者利用点云数据导入Surpac软件进行土方计算并与其他常规软件处理结果进行对比。本试验将从Maptek中输出的*.csv数据格式，转换成Surpac要求的*.Str格式，并将RTK获取料堆的边界范围的数据一并导入到Surpac软件中。因为本试验应用的是DTM法土方计算法，所以必须假定一个水平面作为初始平面，本试验选定+5 m水平面为初始平面。在一定边界内进行DTM法土方运算，并能够得到料堆的DTM的三维视图，如图2所示。

图2 料堆的DTM三维视图

Cass软件是基于AutoCAD平台技术的数字化和数据采集系统，现已广泛应用于野外数字化地形成图，进行大比例尺地形测绘。由于Maptek I-Site Studio软件导出的数据为csv类型的数据文件，该数据类型的文件无法导入Cass软件中使用，故导入前需要将csv类型的数据文件转换为DAT类型的数据文件。将转换后的数据导入Cass中，用Polyline命令标定料堆的边界范围线，如图3所示。然后建立以高程为+5m的水平面为初始平面，保存输出数据，运行DTM法土方运算。

结果对比分析。Surpac软件与Cass软件都能够运用土方的DTM法土方计算求得试验料堆的土方，结果对比如表1所示，虽然在平场面积与土方上略有差异，但是不影响此次试验的对比，通过对以上试验结果的比较分析，得出2种软件的特性。

Surpac软件在应用Maptek I-Site Studio软件导出的*.csv数据时，可以有效保存原点云数据的真实性，不需要内插点。处理过程中不需要生成三角网，能够直接调用RTK测得的料堆边界范围数据，可以很直观地显示出范围线外多余的点云数据，能够清晰地反映出未扫描区域的范围，为下一步数据的重新获取提供了依据。可以对生成的DTM进行放大和缩小及任意角度的旋转，便于查看。

相比Surpac软件，Cass软件可以对三角网进行删减和修整，在应用Maptek I-Site Studio软件导出的*.csv数据时，能够内插点数据，对原点云数据产生影响，在使用料堆边界范围时，需对边界进行重新的编辑闭合。在此过程中容易出错，造成边界的大小发生变化，从而对所求的土方产生影响，在使用DTM法求土方计算过程中，对点云数据在数量上有限制，所以在一定程度上对点云数据进行了精简，在形成的三维模型的显示效果上较差，显示的细节较少，不够直观。

图3 Cass中料堆的点云数据

表1 Surpac软件与Cass软件计算料堆土方数据

4 结语

通过试验研究，Maptek点云数据较常规测量方法在提取地物特征方面更方便、快捷，证明了在Maptek点云数据的基础上，利用Surpac软件与Cass软件都能够利用DTM法计算计算求出料堆的体积，并且求得的数据都是完全可靠的。但在应用Maptek I-Site Studio软件导出的*.csv数据时，Surpac软件在数据的导入速率及处理的准确率上较Cass软件有较大的提高，在生成DTM及显示上，较Cass软件有更好的可视化效果。

下一步如何更好的利用Maptek点云数据，开拓更广阔的应用平台，使其更便捷地应用于矿山的生产仍然是一个需要深入研究和解决的问题。