矿业量测 | 国内某港口船只装载泥沙土方量计算

 一、任务概况:

  1. 港口空载船只的三维点云数据归档;
  2. 计算满载20艘船只的泥沙土方量,误差控制在5%以内。

二、设备选配
硬件:LiBackpack 50背包激光雷达扫描系统

LiBackpack 50是由数字绿土自主研发的背包式室内外一体化激光雷达扫描系统,结合激光雷达和同步定位与制图构建(SLAM)技术,无需GPS即可实时获取周围环境的高精度三维点云数据。可用于电力巡线、林业调查、矿业量测等领域。

  • 易操作:自动化程度高,开机即用
  • 低成本:无需GPS,成本大幅度降低
  • 高精度:结合激光雷达和SLAM算法实现室内外一体化测量,无需GNSS信号即可实现厘米级数据精度
  • 查看简洁方便:数据在手机、平板等移动端实时显示;支持无线/有线方式查看数据;数据传输稳定性强,边采集边查看
  • 高效率:实时显示高精度点云数据、支持在线闭环以及闭环优化,扫描完成即可导出采集点云数据和运动轨迹
  • 设计轻巧便捷,可搭载不同的移动平台,无论是手持、步行、骑行、车载都可以轻松采集数据

技术参数

系统参数
尺寸(mm) 975 X 335.8 X 102.9 电池 5700mAh
重量 6.3kg 工作时间 ~2.5h(一块电池)
功率 76W 端口 HDMI,USB,网口
电压 22.8V 存储 512G SSD
电流 1.9A 适用环境 室内和室外
控制及显示 无线模式:手机/平板电脑通过设备的自带WIFI,进行作业控制及数据同步显示
有线模式:平板电脑通过数据线连接设备,进行数据传输与控制
传感器参数
LiDAR 传感器 VLP16
LiDAR精度 ±3cm
垂直视场角 -15°~15°
测量范围  100m
数据成果
数据精度 ~ 5cm
点云格式 las,ply

软件:LiDAR360激光雷达点云数据处理分析软件

LiDAR360激光雷达点云数据处理和分析软件,提供点云数据处理的一站式解决方案。软件支持海量点云的可视化及编辑、航带拼接、自动/半自动分类、数字模型生成及编辑、电力线、林业分析等一系列工作,支持多元数据格式导出。软件所采用的算法多次获得国际摄影测量与遥感协会的大奖,并且被美国国家森林局采用。


三、数据采集及处理

1.数据采集

外业人员背负LiBackpack 50室内外一体化激光雷达扫描系统,沿着船体外沿进行数据采集,即可扫描获取运沙船的点云数据。每艘船只扫描一次空船,然后建立空船数据库。船体满载时,同样的方法对满沙船进行扫描,结合两次扫描数据,即可计算出船载泥沙土方量。


2.数据处理

目前LiDAR360软件计算土方量有格网法和DTM法,因格网法快速简单且精度较高,所以本次项目采用格网法。(四个角点无靶标球的情况下,软件计算一艘船的土方量用时七到八分钟;布设靶标球的情况下,计算一艘船的土方量用时两分钟)。

LiDAR360计算船体泥沙土方量的步骤(布设靶标球):
1)将外业采集空船、满沙船的点云数据进行去噪;拟合出船体的角点布设的四个标靶球球心;用体积量测工具,计算出空船的Fill方量;

2)同上步骤算出满载沙的Total 方量,标靶球布设必须和空船保持一致


3)XXX货XXXX号船计算结果如下:

四、精度验证
XXX货XXXX号船是已知泥沙土方量的船只,以此船只的数据验证本次测量的精度。
1)船只点云精度验证
本项目采用船只长度与宽度的测量值与真值的差值,作为衡量背包点云数据的相对精度。

2)土方量精度验证:
此项目中,单次测量值与均值均参与了精度验证。

五、精度验证结果:

本次背包激光雷达数据采集精度到达相对误差5公分以内,符合船只测量与数据归档精度。

土方量计算方法合理,操作简单,在有标靶的基础上引入人为随机误差较小。根据采集激光雷达数据计算的泥沙土方量与客户参考值相吻合,精度高于要求。