近期，立巢集团无人机服务团队前往了某火电发电厂开展高精度的煤堆体积测量工作。
此次煤堆体积测量工作采用大疆M300 RTK搭载L1和大疆智图获取测区的机载激光雷达点云数据，运用点云智绘软件3.5版本计算煤堆的体积。与早期的测量方法相比，效率更高、精度更精。
一、背景介绍
煤堆测定工作是煤矿、火电厂、供暖等单位一项重要的测量工作，主要是在于测定煤堆的体积。精准的煤堆体积在指导生产、安排企业资金等环节中起着非常重要的作用。积极运用先进技术提高煤堆测量工作的方便性和准确性是目前煤堆测量工作的发展趋势。
对于不规则煤堆体积的准确测量，多年来一直是一个技术难题。传统上，早期的测量方法是使用推土机对煤堆进行整形，再用皮尺丈量，或用经纬仪视距导线测量等方法来完成。然而，传统的做法是比较落后的测量方式，这样测量需要耗费较多时间，此类盘煤方式投入人力、物力较多，测量误差较大，最终得出的数据不精准。
有没有更好的解决方案？
目前，堆体测量主要依靠全站仪、盘煤仪GPS等测量仪器对堆体进行测量。相对于更早之前的完全依赖人工使用皮尺丈量，这些测量手段已经有了长足的进步。但是，如今有着更为高效、高精度的测量方法——三维激光雷达扫描技术。
三维激光雷达扫描测量技术可快捷、直接、精准的获取任何复杂现场环境及空间目标的三维立体信息，快速重构目标的三维模型及线、面、体、空间等各种数据，再现客观事物的真实的形态特征，而且非接触的数据获取方式能在不触及地表的情况下进行数据采集。另外，配套的专业分析处理软件为真实还原堆体和地貌形态提供了先进的算法，方便开展高精度的煤堆体积测量工作。
二、技术流程
采用大疆M300 RTK搭载L1和大疆智图获取测区的机载激光雷达点云数据后，使用点云智绘软件3.5版本按照下述技术流程计算煤堆的体积。
合并点云（可选）
大疆M300 RTK搭载L1获取的一个煤场的点云数据可能涉及多个点云文件，大疆智图输出的同一批次的点云数据已经做了条带平差处理。此时，若存在多个las文件，可以直接进行多个las点云文件的“合并”处理。相应的工具位置如下图所示：
坐标转换（可选）
仅仅计算体积的话，可以采用大疆智图输出平面坐标系的点云数据，采用平面坐标系的点云的单位为“米”，适合进行滤波、分类、面积、体积的量算。但是，部分用户使用大疆智图输出了采用地理坐标系的点云数据，该类型的点云数据的单位是“度”，仅仅适合可视化与浏览，但不适合空间计算、分析与统计的工作。需要将采用地理坐标系的点云数据进行坐标转换，转换为采用投影坐标系（平面坐标系）的点云数据。PCA中点云坐标转换的模块位置如下所示：
注意：同一坐标参考基准框架下的地理坐标系和投影坐标系的转换无需控制点计算转换参数，直接转换即可。
点云滤波（精细地形提取）
建议采用“一键式丘陵精细地形（无参版）”进行点云数据的滤波区分点云中的地面点、非地面点。其中，煤堆表面的点被归类到地面点类别。“一键式丘陵精细地形（无参版）”的位置如下所示：
多数情况下，用户无需更改任何参数，直接运算即可。部分用户可能需要极其高的体积计算精度，此时，用户可以修改“一键式丘陵精细地形（无参版）”中的一个参数取值以获取更多的地面点，满足高精度体积计算的需求。即，勾掉“地面点抽稀处理”复选框，如下图所示：
点云滤波结果精度评估与人工编辑
通过观察点云滤波的效果进行滤波精度的评估。如果发现滤波结果中存在部分错误，可以通过“选中点自动滤波分类”和“剖面编辑”工具进行错误结果的修正，直至没有错误为止。点云滤波结果精度评估可以通过由地面点点集生成TIN的方式来进行，如下图所示：
煤堆体积计算
可以通过导入煤堆边界线或者人工勾绘边界线的方式获取煤堆的范围。如果存在多个煤堆，可以分别依次进行。煤堆范围的获取方式如下图所示：
通过上述剪切工具，可以获取感兴趣范围内煤堆点云，某煤堆的点云如下图所示：
选中待处理的煤堆点云，通过“填挖土方量计算”工具计算煤堆体积，填挖土方量计算”工具位置如下图所示：
点击“填挖土方量计算”工具界面上的“更新”按钮可以自动计算出煤堆体积，界面如下图所示：
关键参数的配置如下图所示：
注意：“步长”越小，体积计算的时候越精细，但不宜过小，建议设置为0.5米左右。
三、案例分享
立巢集团无人机服务团队采用大疆M300 RTK搭载L1飞行2架次获取了某火电发电厂的机载激光雷达点云数据，利用大疆智图生成了包含两个las文件的原始点云，合并后点云的顶视图如下图所示：
合并后点云的透视图如下图所示：
该区域共飞行了2个架次，其中一个架次飞行的高度高于干煤棚以方便获取整个厂区的点云数据、一个架次专门穿越了干煤棚获取了干煤棚内部的点云数据。输出的点云数据采用了地理坐标系。
该场景中包含大小高低不同的建筑物、作业中的大型机器、干煤棚等复杂的地物，给立巢航空的内业处理人员带来不小的困扰。使用“点云智绘”3.5版本的软件采用上述流程进行了数据处理，获取的地面点如下所示：
由地面点点集生成的TIN，如下图所示：
最终计算的煤堆体积为：255500.420 立方米，如下图所示：
四、小结
可见，基于无人机激光雷达测量技术的盘煤具有精度高、速度快、成本低、使用灵活等诸多优点。使用大疆M300 RTK搭载L1和大疆智图可以方便快捷的获取、输出煤场的煤堆、作业企业、厂房、办公楼、裸露地表的室内外一体化的高精度、真三维点云数据，真实的反映煤堆的位置、几何形态等数据。借助点云智绘后处理软件，全自动的一键式、无参的点云后处理，快速、高效地完成大面积盘煤工作。
本案例表明，综合使用大疆M300 RTK大搭载L1、大疆智图、点云智绘软件，能迅速的帮助小白用户完成精准的盘煤任务。
除了发电厂煤堆体积测量外，无人机现已应用于测绘、应急救援、公安、交通、环保、水利、林业、防汛减灾等各行各业，相较于传统的方式，无人机及相关配套工具的使用更能帮助人们精准高效地完成工作！”
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