机载激光雷达测绘技术在矿山测量中的运用分析

机载激光雷达测绘技术在矿山测量中的运用分析

耿荣才

云南省有色地质局三一0队 671000

摘要：随着矿山资源的日益稀缺和环境保护要求的提高，矿山测量技术也在不断发展和创新。在矿山行业中高效、高质量的测绘成果是矿产资源开发利用的重要前提，能够提高资源勘查开采的效率，优化矿区布局，保障安全和环境，实现可持续发展。机载激光雷达测绘技术作为一种新兴的测量手段，具有高效、高精度和非接触等优点，被广泛运用于矿山测量中。机载激光雷达测绘技术通过飞行平台上安装的激光雷达设备，利用激光束对地面进行扫描测量，获取地形地貌的三维点云数据，提供高密度、大范围、多维度的地形地貌信息，为矿山测量提供了全面、准确的数据基础。因此，本文在研究中，将结合对机载激光雷达测绘技术的深入分析，探讨机载激光雷达测绘技术在矿山测量中的实际运用。

关键词：机载；激光雷达测绘技术；矿山测量；运用

一、引言

机载激光雷达测绘技术是一种快速、高精度的三维地形数据获取方法，广泛应用于矿山测量领域。机载激光雷达测绘技术是指将激光雷达设备装载在无人飞机、直升机等航空器上，通过连续激光束扫描地面或物体，测量其距离、高程等参数，从而获取地形、建筑物等的三维数据[1]。传统的矿山测量方法存在测量范围受限、工作效率低下、数据精度不高等问题，而机载激光雷达测绘技术的运用进一步提高矿山测量的效率。机载激光雷达技术目前已经运用到矿山开发规划、矿山安全监测、矿山环境保护等多个领域，在矿山开发规划中，借助该技术获取矿山地形、坡度、边坡稳定性等信息，为矿山的规划设计提供高精度的地形数据，重建三维模型，优化矿山开采方案，提高资源利用率。在矿山安全监测中实时监测评估矿山边坡的稳定性，预警地质灾害风险，提高矿山的安全性[2]。

二、机载激光雷达测绘技术的概述

如下表1所示为机载激光雷达测绘技术与传统航测技术的差异对比[3]。机载激光雷达测绘技术相比传统航测技术具有明显优势，首先，机载激光雷达系统采用自动化的操作方式，通过遥控或预先设置参数进行操作，相比传统航测技术需要人工操控设备，机载激光雷达技术更加简便。其次，具有全天候工作能力，可在白天、夜晚、阴雨等各种天气条件下工作，而传统航测技术无法在恶劣天气下进行测绘工作。除此之外，精度高、分辨率高，能够提供高精度、高密度的点云数据，其测量误差通常在几厘米以内，能捕捉到地面上较小的细节信息，提供更为准确的测绘结果。最后，成本低，能够在较短时间内获取大量的地理数据，工作效率高，而传统航测技术耗费大量人力、物力和时间。

表1 机载激光雷达测绘技术与传统航测技术的差异对比

三、机载激光雷达测绘技术在矿山测量中的运用

（一）实践准备

L120多旋翼无人机搭载中海达PM-1500机载激光测量系统是本次项目的测绘工具，具备一系列优异的性能与功能。PM-1500机载激光测量系统能够在复杂地形环境下进行测量，无惧测区的限制，拥有1650米的超远测距能力，实现大面积的测绘作业。PM-1500机载激光测量系统具备7次多回波能力，穿透密林植被，获取真实的地表信息。PM-1500机载激光测量系统的精度优于5cm，更好地为项目提供高精度的地形测绘数据，为矿山选址、规划和设计等环节提供准确的基础数据支持。如下图1所示为L120多旋翼无人机搭载中海达PM-1500机载激光测量系统[4]。

图1 L120多旋翼无人机搭载中海达PM-1500机载激光测量系统

（二）数据采集

通过遥控L120多旋翼无人机使其起飞，当飞行高度超过30米，开始采集数据。在数据采集过程中，系统通过激光束向地面发射激光脉冲，记录激光束反射回来的时间、强度信息，计算激光从发射到返回所需的时间，确定物体与无人机之间的距离，记录激光点的经纬度坐标。系统根据事先设定的参数进行扫描，准确地扫描目标区域并获取准确的数据，以获取地表的地形、地貌等信息。

（三）激光点云分类

通过点云数据的形状特征对采集到的激光点云数据进行解算并分类，以矿山测量为例，常见的分类类型包括圆柱形激光点云、圆形激光点云和不规则激光点云。其中圆柱形激光点云通常具有平滑的曲线形状，使用曲率或法线方向等几何特征进行分类，是应用最为广泛的一种。在激光点云分类中，通过提取点云的统计特征，如点云的均值、方差、协方差矩阵等，然后使用聚类算法（如k-means、DBSCAN）将点云进行分类。在Terra solid软件中将工程点云进行点云自动分类，保证地面点密度满足规范要求[5]。

图2 激光点云分类

（四）数字高程模型制作

对原始高程数据进行预处理，包括数据格式转换、去噪和校正等，确保数据的准确性。将预处理后的高程数据转换为网格状的数据模型。常用的网格模型包括栅格模型、三角网模型。在网格化处理中，根据需求进行空间分辨率、精度的调整，然后导出数字高程模型（DEM）如下图3所示

[6]。

图3 DEM成果图

（五）地形图绘制

将分类后的点云数据导入Cass10.0软件，通过Cass10.0软件的数据导入功能来实现，使用Cass10.0软件的绘图工具，根据分类后的点云数据，绘制房屋、道路、河流岸线等地物要素，根据需要设置不同的样式、符号来表示不同的地物类型。根据Terra solid软件生成的DEM模型，将其导入软件中，确保DEM模型与点云数据对应，并且在相同的坐标系统下。利用Cass10.0软件的等高线生成工具，基于DEM模型自动生成测区的等高线图，根据需要设置等高线间隔、线型和颜色等参数，确保生成的等高线图与地物要素的位置、形状相匹配。在Cass10.0软件中对地物要素和等高线图进行编辑，包括修改属性、调整线型、删除不需要的元素等，将编辑完成的图形导出为dwg格式的DLG数字线划图。如下图4所示为DLG数字线划图。

图4 DLG数字线划图

四、机载激光雷达测绘技术在矿山地形测量中的精度分析

为了更好地分析在矿山测量中，机载激光雷达测绘技术应用的精度，本文在实践基础上将机载激光雷达测绘技术与传统的航测技术进行精度对比。设置40个检查点，对其进行实地测量比较，得出了如下表2所示的精度实验结果。

表2 机载激光雷达测绘技术与传统的航测技术的精度对比结果

从表2 对比结果来看，在矿山地形测量工作中，机载激光雷达测绘得出的结果准确度满足矿山地形测量的要求。从结果数据来看，机载激光雷达测绘技术的平面检查点平均误差、高程检查点平均误差均低于传统航测技术的误差。总体上来看，机载激光雷达测绘技术具有较高的准确度，虽然高程数据的准确度要低于平面检查点平均误差，但都满足测绘技术规范规定的限差要求，在复杂条件下机载激光雷达测绘技术在整体测绘过程中仍然能够提供较高的准确度，能够在矿山地形测量中提供可靠、准确的数据。与传统测绘技术相比，机载激光雷达测绘技术具有更好的优越性和竞争力，结果显示，传统航空摄影测绘技术的准确度比机载激光雷达测绘技术偏低约12.1%，表明机载激光雷达测绘技术能满足精细化、高精度的测绘需求，由此可见机载激光雷达测绘技术的运用前景未来可期。

五、结论

综上所述，本文通过L120多旋翼无人机搭载中海达PM-1500机载激光测量系统不仅克服了复杂的地形环境条件，在地形数据的精度等方面都表现出色，采集的地形数据平面和高程精度优于5cm，成果优于1：2000地形图测量要求，具有重要的实际应用价值。随着激光雷达技术的不断进步和航空器的发展，机载激光雷达测绘技术在矿山测量中的应用前景十分广阔。未来，机载激光雷达将更加智能化、自动化，能够实现更高精度的地形数据获取和分析，为矿山开发、安全监测、环境保护等领域提供更全面、准确的支持。同时，与其他遥感技术如卫星遥感、无人机遥感等相结合，将进一步提升机载激光雷达在矿山测量中的应用水平。

参考文献：

[1]施富增,吴昌.探讨矿山工程测绘中的激光雷达测绘技术的应用[J].世界有色金属,2023,(18):177-179.

[2]沈广伟.矿山工程测绘中激光雷达测绘技术探究[J].世界有色金属,2023,(16):26-28.

[3]范波根.机载激光雷达测绘技术在矿山测量中的运用分析[J].低碳世界,2023,13(07):31-33.

[4]赵玺旻.激光雷达测绘技术在工程测绘中的应用分析[J].信息系统工程,2023,(05):64-66.

[5]郝金庚.激光雷达测绘技术在工程测绘中的应用研究[J].中国科学探险,2022,(05):105-107.

[6]曾祥凯.基于激光雷达测绘技术在矿山地形测量中的精度分析[J].世界有色金属,2020,(01):31-32.

作者简介：耿荣才 1969-07-07 男 云南省华宁县人 汉族 大学 测绘高级工程师  注册测绘师 云南省有色地质局三一0队 研究方向:测绘地理信息  实景三维城市建设