[发明专利]一种三维激光扫描与GPS-PPK的组合测量方法

说明书

一种三维激光扫描与GPS‑PPK的组合测量方法，适用于测绘领域。在待测区域中心位置布置测站，并在待测区域中平均布置GPS标靶，保证各标靶之间连线夹角在30至60度之间；以单位时间的单站采集时间获取了多个时段的GPS数据；得到待测区域的三维激光扫描点云数据和GPS标靶的GPS数据；由GPS‑PPK测量提供高精度标靶控制点坐标，三维激光扫描获得高精度点云相对坐标数据，以GPS坐标数据为基准替换进GPS标靶点的三维激光点云数据坐标当中，从而将测站的点云数据以及GPS标靶的GPS数据相互融合，最终得到待测区域点云数据的高精度绝对坐标信息。其能够将三维激光扫描和GPS‑PPK测量进行有效融合，能够为开采沉陷大范围变形监测工作提供有效、高精度、可靠的数据基础。

技术领域

本发明涉及一种组合测量方法，尤其适用于环境测绘工程中使用的一种三维激光扫描与 GPS-PPK的组合测量方法。

背景技术

中国是全球最大的煤炭生产国，其煤炭产量占全球产量的42％，其中96％的产量源于地下煤矿开采。地下煤炭开采将不可避免的造成地面沉降从而严重影响地表状况(壹)。地下矿产资源的开采带来了巨大的物质财富但同时也破坏了自然环境。

现如今对于煤矿开采导致的位移的研究所使用的数据可以直接从现场获取，传统的测量方法包括水准测量与全站仪测量。但该方法存在测点保存困难、外业工作强度大、获取有效数据少等缺点。2011年，C.Liu等人将GPS-RTK(载波相位差分技术)应用于开采沉陷监测，虽然缩短了工作时间，但是其仍然面临着与传统测量方法类似的问题，而且GPS-RTK(载波相位差分技术)的水平位置精度仅有1-4cm，垂直精度为2-8cm；量测质量也容易受到多路径效应、卫星信号阻断和天气状况的影响。此外，InSAR技术也被广泛用于矿区监测中，2000 年，Perski等人同样基于DIn SAR技术对Upper Silesia矿区开采沉陷进行监测；2004年，G e Linlin等采用多源SAR数据对Sydney西南地区的煤矿开采地表沉陷进行了监测实验研究； 2015年，S Thapa等人选取印度东北部的Jharia煤矿作为研究区进行研究。但是，In SAR 技术在单位像元内监测到的形变量有限，超过临界梯度就无法获得准确的地表真实形变，Ch en等指出单位像元与邻近像元的相位变化不超过1/4个波长时可避免相位解缠虽然提升了D- InSAR技术可监测最大沉降量，但是各卫星系统可监测的最大沉降值仍然只有几厘米到几十厘米(开采深度为100米时)，因此难以监测大量级形变。

发明内容

为了克服上述技术的不足，本发明提供一种结合三维激光扫描与GPS-PPK的组合测量方法，同步进行点云数据和标靶点GPS-PPK数据采集，在不影响三维激光扫描工作效率的同时，获取对应时段的GPS数据，优化三维激光扫描标靶点的全局坐标精度的高精度、高效率、低成本。

为实现上述技术效果，本发明的三维激光扫描与GPS-PPK的组合测量方法，将GPS接收机结合三维激光扫描仪设置在一起作为测站，将三维激光扫描仪标靶作为GPS标靶，其步骤如下：

在待测区域中心位置布置测站，并在待测区域中平均布置GPS标靶，保证各标靶之间连线夹角在30至60度之间；

启动测站和GPS标靶，分别进行GPS-PPK测量和三维激光扫描，以单位时间的单站采集时间获取了多个时段的GPS数据；得到待测区域的三维激光扫描点云数据和GPS标靶的GPS数据。

由GPS-PPK测量提供高精度标靶控制点坐标，三维激光扫描获得高精度点云相对坐标数据，以GPS坐标数据为基准替换进GPS标靶点的三维激光点云数据坐标当中，从而将测站的点云数据以及GPS标靶的GPS数据相互融合，最终得到待测区域点云数据的高精度绝对坐标信息。

由于三维激光扫描数据精度远优于GPS数据，但三维激光扫描数据无法获取全局坐标信息，为利用GPS数据中的全局坐标信息，必须进行数据融合，采取位置信息以GPS为准，各点间相对位置关系以三维激光扫描数据为准的数据融合方法；

具体方法为：