淺談激光雷達在廢棄礦山生態修復中的應用

宋建偉，邢艷英，侯 雙

（1.河北省地質環境監測院，河北 石家莊 050021；2.河北省水文工程地質勘查院，河北 石家莊 050021）

激光雷達的特點是測量精度高、穿透力強、抗干擾能力強。在多個領域都有激光雷達應用的足跡[1]。在進行自然資源監測時，采用激光雷達可以將傳統遙感技術的缺陷補足，能夠提升廢棄礦山生態修復質量，利用激光雷達可以快速采集廢棄礦山的環境信息，為生態修復提供基礎保障。所以有必要研究激光雷達在廢棄礦山生態修復中的應用。

1 激光雷達在廢棄礦山生態修復中的優勢

1.1 技術原理

如果想要將激光雷達的作用發揮，必須先研究其工作原理。激光雷達主要是借助于激光測距技術對工作區域內的環境信息進行探測，收集環境信息。激光束是激光雷達探測時的主要媒介，在探測過程中能夠獲得目標數據，讓后將數據整理生成精確模型[2]。在利用激光雷達技術探測廢棄礦山環境時，可以掌握目標空間位置，并能夠給出非常精確的探測數值，是一種高效的遙感技術。如果按照激光雷達工作方式進行分類，可以將激光雷達分為三類。第一類是脈沖式激光雷達，這種激光雷達應用廣泛；第二類相位式激光雷達，這種激光雷達優勢明顯；第三類是光學三角式激光雷達，這種激光雷達精度高。在進行廢棄礦山生態修復時，使用頻次較高的則是脈沖式激光雷達，由于在工作時激光雷達所處的平臺、位置存在差異性，所以這種激光雷達的種類選擇也有所不同。首先是機載激光雷達，這種類型的激光雷達系統主要由位置姿態系統、機載平臺控制系統、激光測距系統等組成[3]。采用機載激光雷達進行測量時能夠快速地將所需數據獲取，而且所得數據的精度相對較高，采用機載激光雷達對目標區域進行掃描定位，最終所得數據的絕對精準度小于10cm，而且這種機關雷達可以在6000米高空進行作業。所以很多情況下機載激光雷達系統所帶來的價值更高。其次是地基激光雷達，移動式與固定式最為常見。移動式地基激光雷達作業時需要借助于車輛，車輛在行駛時能夠對目標區域進行掃描，并獲得數據。此外，借助于固定式地基激光雷達測定目標區域信息時，需要在固定地方安裝雷達裝置，然后掃描目標區域并獲取數據，這中雷達主要由數碼相機、激光掃描儀、筆記本電腦、電源組成。借助于地基激光雷達進行檢測，其最大的特點是野外操作性能強，可以對目標區域進行快速檢查，并獲取相關數據[4]。所以，在廢棄礦山生態修復中這種雷達的使用頻次相對較高。第三種是便攜式激光雷達，顧名思義，這種雷達的優點在于攜帶便捷，能夠快速測量目標區域，操作起來十分靈活方便，不過這種激光雷達的測量精準度十分有效，在一些規模大的廢棄礦山中應用缺陷明顯。

1.2 應用適宜性

由于進行廢棄礦山生態修復是一項十分復雜的工作，這項工作的特點是多樣性等，在進行修復時，需要做好生態調查、生態監測以及生態修復等多項復雜工作，而且這些工作所涉及到的分支內容較多。因此，需要現金的技術作為支撐，而在生態修復過程中，采用激光雷達能夠滿足修復工作的需求，激光雷達的應用適宜性非常強，具體內容如下。首先，能夠精確地量廢棄礦山生態信息收集整理，這種技術比傳統遙感技術更具優勢，采用激光雷達系統可以將廢棄礦山高密度點云數據收集整理，并通過這些數據建立三維模型，這樣能夠有效地將礦山土地損毀類指標掌握，而且所獲的數據精度能夠滿足預期要求。其次，激光雷達技術的另一個優勢在于植被垂直結構信息收集的質量更高，可以將傳統遙感技術在獲取植被水平結構信息時所體現出的不足完善，大大拓展了數據采集范圍。總體來看，在彌補傳統遙感技術缺陷上，激光雷達的優勢明顯，所以在廢棄礦山生態修復過程中可以將激光雷達應用。

2 激光雷達在廢棄礦山生態修復中的應用

2.1 收集生態指標

首先，可以將植被覆蓋度指標提取。采用激光雷達能夠有效地收集廢棄礦山生態植被指標，在激光雷達工作是，主要以兩種方法對目標區域的植被覆蓋度數據進行收集，第一種方式是運用CHM直接將所需數據收集整理，第二種方式是對三維點云數據歸納整理，分析出目標區域的植被覆蓋度。其次，能夠對植被破壞面積進行計算[5]。在一些實例研究中，借助于激光雷達影像可以將目標區域的植被、非植被數據收集整理，捕獲在細化區分地物上缺陷也十分明顯。廢棄礦山環境復雜，生態環境缺陷問題種類較多，所以很多時候，對廢棄礦山植被情況進行了解時，需要獲得最為精確的植被破壞面積，這時一般會將激光雷達與遙感技術結合應用，以此來進一步區分植被圖斑，這可以大大提升數據的準確性。所以，在獲取廢棄礦山相關信息時，為了提升數據經確性，應該配合光學遙感技術一同應用，這大大提升了生態修復質量。

2.2 檢測土地指標

在進行礦山開采時，所選擇的開采方式不同，對于礦山生態環境造成的影響程度也不同，所以土地損壞指標也不同。在應用激光雷達技術后，可以進一步地對廢棄礦山生態結構中的土地損毀指標進行檢測，能夠獲得更多高密度檢測數據指標，進而分析出廢棄礦山土地損毀程度，使得決策者能夠更為科學地制定修復方案[6]。其次，提取參數信息上，采用激光雷達技術也有著巨大的優勢，通過激光雷達可以對目標區域進行掃描，并將目標三維點云數據收集起來，之后將收集的數據整理，通過去噪、拼接能夠獲得更為直觀的數據，然后構建高精度DEM，進一步將廢棄礦山土地損毀的各項數據獲取。

此外，利用不同階段收集到的點云數據所侯建出的DEM，能夠分析土地損毀情況，將多個DEM疊加在一起進行綜合性的分析，可以將土地損毀類中的一些突出性數據找出，然后動態地對這些數據進行監督管理，最終調整土地修復措施，使得土地修復的合理性得到凸顯，只有確保土地結構的穩定性，才能夠將修復工作開展下去，為修復工作提供穩定的環境。

2.3 提取土壤指標

首先，可以將水力侵蝕類指標獲取。在大多礦上中，水土流失現象問題都十分嚴重。一般情況下，礦山開采活動主要以露天開采形式為主，這種開采形式所帶來的問題是大量松散堆積物堆積在作業空間，所以很容易導致徑流問題出現在這些堆積區域，徑流問題持續加重，則會出現泥石流、滑坡、崩塌等地質災害。雖然一些礦山也會以地下開采方式為主進行開采，但是也會導致地表出現變形問題，礦山地表面層坡度增大，也會引發以上災害。所以，如果想要將廢棄礦山生態修復工作做好，則應該首先解決水土流失問題。而在開展廢棄礦山水土修復時，借助于激光雷達能夠對目標區域的土壤信息進行收集，將收集的數據整合在一起，反映水土流失情況，并根據相應的數據信息模型提升修復方案，將多期DEM綜合在一起對水土修復模型進行分析，能夠更好地將水力侵蝕深度測算出來，然后修復人員則能夠采取相應措施開展修復作業，這可以大大將滑坡、崩塌等問題減少。其次，能夠對風力侵蝕類指標進行提取。很多情況下，廢棄礦山風力侵蝕會演變為土地沙化問題，借助于激光雷達能夠將各類風力侵蝕各類指標獲取，然后結合高密度等高線信息對礦山土地沙化數據分析并建立其DEM模型，通過模型可以將沙丘長度、寬度等各類信息詳細地掌握，然后對沙化問題進行綜合分析，能夠為解決沙化問題提供更多基本數據支撐，這大大增加了土壤修復治理，使得廢棄礦山修復工作質量提升，大大增加了修復價值。

3 結語

總而言之，激光雷達技術的優勢十分凸顯，在廢棄礦山生態修復中激光雷打起到了重要作用，可以將各項修復工作優化，獲取更多修復數據，借助于激光雷達技術可以切實掌握廢棄礦山的各項數據信息，幫助決策這科學地制定修復策略，這對于改善廢棄礦山環境，促進人魚自然和諧發展有著重要意義。所以在廢棄礦山生態修復中，應該切實將激光雷達的作用發揮，使得更像修復工作有序開展。