中国建设信息化2022年9期

矿山工程测量中无人机机载激光雷达的应用效果分析

原景阳

辽宁跃飞科技有限公司  辽宁省沈阳市110000

摘要：本文旨在分析无人机机载激光雷达在矿山工程测量中的应用效果。通过介绍无人机机载激光雷达技术的基本原理和优势，以及矿山工程测量的需求和挑战，探讨了该技术在矿山工程测量中的应用效果。通过详细讨论数据采集与处理流程以及应用效果分析，强调了无人机机载激光雷达技术在地形和体积测量、坡面分析、矿山设施监测等方面的优势。然而，也指出了数据处理复杂性、飞行安全和技术成本等挑战。最后，展望了无人机机载激光雷达技术在矿山工程测量中的未来发展方向和最佳实践。

关键词：无人机机载激光雷达、矿山工程测量、数据采集与处理、应用效果分析

引言：

    矿山工程测量是确保矿山运营和安全的关键环节。然而，传统的测量方法在矿山环境中面临诸多限制和挑战。随着无人机机载激光雷达技术的发展，为矿山工程测量带来了革命性的改变。本文旨在分析无人机机载激光雷达在矿山工程测量中的应用效果。通过探讨其基本原理和优势，以及矿山工程测量的需求和挑战，我们将深入研究该技术在数据采集与处理以及应用效果分析方面的应用。通过此研究，我们能够更好地了解无人机机载激光雷达在提高矿山工程测量精度和效率、促进矿山安全和管理方面的重要性。

一、矿山工程测量中的需求与挑战

   探讨矿山工程测量中的需求与挑战。首先，我们将介绍矿山工程测量的背景和目标。接着，我们将探讨矿山工程测量中所面临的挑战和难点。通过深入了解矿山工程测量的需求和挑战，我们能够更好地理解为什么无人机机载激光雷达技术在该领域中具有重要的应用价值。

（一）矿山工程测量的背景与目标

矿山工程测量的背景：矿山工程测量是指对矿山区域进行测量和监测，以支持矿山规划、设计、运营和安全管理等工作。矿山工程测量的准确性和全面性对矿山运营和安全至关重要。

矿山工程测量的目标：矿山工程测量的主要目标是获取矿山区域的几何形状、地形特征、体积和变形信息等。这有助于进行矿山设计、资源评估、坡面稳定性分析以及矿山设施监测和管理等工作。

（二）矿山工程测量中的挑战与难点 

复杂地形和矿山环境：矿山地形常常具有复杂的地貌特征，如陡坡、高峰和深谷等。此外，矿山环境通常存在尘埃、浓雾和光线不足等问题。[1]这给矿山工程测量带来了困难，需要克服地形和环境对测量的影响。

大范围测量与高精度要求：矿山区域通常具有广阔的范围，需要进行大范围的测量。同时，矿山工程测量对于精度的要求也很高，特别是对于体积测量和变形监测等方面。因此，如何实现大范围测量和高精度要求是一个挑战。

动态变化和持续监测：矿山地形和矿山设施可能会发生动态变化，如土石流、滑坡和开采活动等。因此，矿山工程测量需要进行持续的监测和更新，以及对动态变化进行实时响应。这对于传统测量方法来说是一项挑战。

数据处理和解释：矿山工程测量生成的数据量庞大，需要进行有效的数据处理和解释。这包括对点云数据进行滤波、配准和特征提取，以及进行地形分析、体积计算和变形分析等。对于非专业用户来说，数据处理和解释可能具有一定的复杂性。

    本部分对矿山工程测量中的需求和挑战进行了详细讨论。矿山工程测量需要解决复杂地形、大范围测量和高精度要求等问题。此外，持续监测和动态变化、数据处理和解释等也是需要考虑的关键因素。在下一部分，我们将探讨无人机机载激光雷达技术在解决这些挑战中的应用，并讨论其优势和潜力。[2]

二、无人机机载激光雷达技术在矿山工程测量中的解决方案和最佳实践

（一）数据采集与处理的解决方案 

无人机与激光雷达设备选择：根据矿山工程测量的需求和实际情况，选择适合的无人机和激光雷达设备。考虑因素包括设备性能、工作范围、精度和数据质量等。

飞行路径规划和数据采集：设计合理的飞行路径，确保矿山区域的全面覆盖和高密度的点云数据采集。优化飞行参数和航迹规划，以提高数据采集效率和质量。数据处理与特征提取：使用专业的数据处理软件和算法，对采集到的点云数据进行滤波、配准和去噪处理。通过特征提取和分析，提取矿山地形和设施的关键特征。数据校正与精度评估：进行数据校正，包括姿态校正、定位校正和畸变校正等，以提高数据的准确性和一致性。通过与实地测量数据进行对比和验证，评估测量数据的精度和可靠性。

（二）应用效果分析与解决方案

地形和体积测量的最佳实践：在进行地形和体积测量时，应考虑矿山地形的复杂性和变化性。通过优化数据采集和处理流程，选择合适的体积计算方法，并结合实地验证，可以获得准确的地形和体积测量结果。

坡面分析和稳定性评估的最佳实践：在进行坡面分析和稳定性评估时，应考虑矿山坡面的复杂结构和不稳定性风险。通过高密度的点云数据和专业的分析软件，进行坡面提取、坡度分析和稳定性评估，提供全面的坡面信息和风险评估结果。矿山设施监测与管理的最佳实践：在进行矿山设施监测与管理时，应定期进行设施扫描和数据更新，实现对矿山设施的实时监测。通过建立变形监测模型和设置预警机制，及时发现设施变形和损坏，采取维修和保养措施。

（三）技术培训与团队建设

技术培训：提供专业的培训课程和资料，培养无人机机载激光雷达技术的操作员和数据处理人员。通过理论与实践相结合的培训，提高团队成员的技术能力和专业水平。团队合作与协作：建立跨学科的团队合作机制，包括测绘专家、飞行员、数据处理人员和矿山工程师等。通过有效的协作和沟通，实现数据采集、处理和应用的无缝衔接。质量控制和质量保证：建立严格的质量控制流程和标准，确保数据采集、处理和应用的质量和准确性。[3]进行数据质量评估和验证，不断改进和优化工作流程和方法。

总结：本文系统地探讨了无人机机载激光雷达技术在矿山工程测量中的应用效果。通过详细讨论数据采集与处理流程、应用效果分析和解决方案的最佳实践，我们揭示了该技术在地形和体积测量、坡面分析、矿山设施监测等方面的潜力和优势。同时，技术培训和团队合作的重要性也得到了强调。通过采纳最佳实践和优化工作流程，无人机机载激光雷达技术可以实现更高效、准确和可靠的矿山工程测量结果。本文的研究成果为矿山工程测量领域的实践提供了指导，同时也为未来的研究和应用提供了展望。

参考文献：

[1]谷潇. 无人机机载激光雷达在地质测绘与工程测量中的应用研究[J]. 应用激光, 2020.

[2]沈华等. "基于矿山地质测绘的无人机机载激光雷达技术应用." 世界有色金属 22(2022):3.

[3]羌新春, 张英明, 秦浩. 无人机机载LiDAR的点云细节分析与特征提取[J]. 智能城市, 2019, 5(15):2.