一、 项目背景
全国约80%的电力来自火力发电，而火力发电厂核算其发电成本的重要经济指标就是储煤量。传统盘煤方法存在效率低、误差大、耗费人、物力等缺点；在基建工程和公路建设中，填、挖土方的体积会极大影响工程的成本和进度，如何精确获取填挖土方体积，是工程项目管理迫切需要解决的问题；粮食安全关乎社会稳定，对仓库中储备粮数量进行核定及对粮食进出库进行实时监管成为了仓储管理的难点之一，每年部门派出大量稽查人员进行定期清仓查库，在效率、精度、可靠性及时效性上都难以满足现代管理需要。另外，在装卸矿石、煤炭等货物的港口码头，堆积的矿堆、煤堆等货物也需要快速准确地获取体积。
如何精确获取填挖土方体积，迫切需要一款精确、高效率的体积测量设备。为此我们研发了背包激光雷达扫描设备，可以快速获取堆体的三维激光点云数据并精确计算其体积。
二、 设备介绍
LiBackpack D50是北京数字绿土科技有限公司自主研发的室内外一体化背包激光雷达扫描设备，结合激光雷达和SLAM技术，无需GPS即可实时获取高精度点云数据。LiBackpack D50可以背负步行获取数据，也可以搭乘自行车、电动车、汽车等移动平台进行数据采集。除了可以用于地面堆体体积测量，还可用于地下空间信息获取、数字矿山、林业资源普查、建筑立面测量等领域。
图 1 LiBackpack D50
三、 体积测量技术流程
利用LiBackpack进行体积量测分为四个步骤：现场路径规划、数据采集、点云数据处理、堆体体积量测。
图 2 体积测量技术流程
1、现场路径规划
根据堆体的大小、高度、周围环境等因素，设计合适的扫描路线。路线要求：
（1）路径可形成一个闭环；
（2）尽量交叉行驶。
2、现场数据采集
按照预先规划好的路线进行数据采集。扫描时，用户可在手机或者平板电脑上查看实时扫描的点云以及运动轨迹。
作业区域面积较大时，为提高扫描效率，用户可借助自行车、平衡车、电动车等交通工具进行现场数据采集工作。
四、 精度验证
用地面三维激光扫描仪Riegl VZ400对土堆进行扫描，然后用背包激光雷达LiBackpack D50对同一个土堆进行扫描，获取两组土堆的三维激光点云数据。以Riegl VZ400采集的土堆体积数据为基准，检查LiBackpack D50获取的土堆体积精度。
图 3地基LiDAR扫描
图 4 背包LiDAR扫描
图 5 土堆LiDAR点云
图 6 Riegl VZ400获取的土堆体积
图 7 LiBackpack D50获取的土堆体积
Riegl VZ400扫描的土堆三维激光点云的体积是576.3m3，背包扫描的三维激光点云的土堆体积是580.3m3，差值是4m3，误差率是0.7%。
Riegl VZ400外业扫描共架12站，用时50分钟，内业数据拼接用1个小时，内外业共用110分钟。LiBackpack D50外业扫描数据用时2分钟，内业去噪处理共用时10分钟，内外业共用12分钟。