激光雷達與無人機結合在礦山測量中的綜合應用分析

摘要：我國礦山安全事故問題頻發，礦區地勢條件復雜是重要原因之一。激光雷達與無人機結合應用可以充分發揮無人機、激光測量技術集成優勢，高效實現三維建模，快速解決工程初期測量工作頻頻受阻問題，持續提升測量精度，為礦山工程規劃提供技術支撐。將以持續激活激光雷達與無人機結合應用價值為發展引擎，以某礦區為具體研究對象，聚焦工程測量難題，對激光雷達與無人機綜合應用的實踐策略與應用效果進行步分析。

關鍵詞：激光雷達 無人機 礦山測量 勘測誤差

Comprehensive Application Analysis of Laser Radar Combined with Unmanned Aerial Vehicles in Mining Surveying

ZENG Liang

Wei Zhi Corporation， Quanzhou， Fujian Province， 362299 China

Abstract： The frequent occurrence of mining safety accidents in China cannot be separated from the negative impact of complex terrain conditions in mining areas. The combined application of LiDAR and UAV can fully leverage the" advantages of UAV and laser measurement technology integration， realize three-dimensional modeling efficiently， quickly solve the problem of frequent obstruction in the initial measurement work of engineering， continuously improve the measurement accuracy， and provide correct direction guidance for mining engineering planning. The development engine will be based on the continuous activation of the combined application value of LiDAR and UAV， with a specific research object in a certain mining area， focusing on the difficulties of engineering measurement， and analyzing the practical strategies and application effects of the comprehensive application of LiDAR and UAV step by step.

Key Words： Lidar; UAV; Mining surveying; Survey error

在礦山工程測量數量持續增加的背景下，為持續提升測量邏輯嚴謹性，輸出可靠度高的礦山工程勘測結果，需要加強對先進技術應用的重視。韓珞[1]為高效實現干擾數據規避任務，提出充分利用無人機激光雷達技術實現測量全范圍覆蓋的策略。劉和平[2]從量化分析視角出發，提出通過機載激光雷達法實現大比例尺地形圖獲取的創新改進策略。本文致力于對激光雷達與無人機綜合應用策略進行研究，希望通過本課題的深入研究，會為后續更高質量地實現礦山測量工作提供實用技術指引。

1 項目概況

某礦區重點肩負著全礦綜采的重任。據統計，礦區礦洞普遍高度位于78.00～82.00 m區間，礦區環境十分復雜。為持續提升礦產資源開采率，夯實復雜環境應對底氣，在統籌分析現實測量需求后，技術部門最終決定采用激光雷達與無人機結合措施，以無人機機載激光雷達為“介”，實現礦山布局數據獲取[1]。

2 激光雷達與無人機結合的具體應用

2.1 應用邏輯

為充分發揮無人機、激光測量技術集成優勢，決定將激光雷達安置至指定無人機平臺中，在其順利飛到指定高度時，便可以以激光雷達裝置為“媒”，實現光束發射，從而精準獲取指定目標物外形、空間位置信息特征數據[2]。

2.2 綜合應用要點

為保障綜合應用價值最大程度發揮，達到“1+1＞2”的理想功效，還需要加強對綜合應用要點的關注，具體如下。

2.2.1 前期準備

前期準備工作是工作順利開展的必要前提，需要加強對其的重視。考慮到本案例工程礦區測量范圍覆蓋面較廣，約有2.0 km2，形狀較為特殊，與矩形十分相似，因此，在前期準備期間，決定嚴格基于礦區形狀擇優實現基礎條件配置，即：統一采用2000國家大地坐標系、高斯—克呂格3°帶分帶[3]；同時，還決定積極采用精度較高的D2000無人機平臺，并統一將激光雷達系統配置其中，從而快速達到全范圍無死角數據采集目標。系統細節參數詳情如表1所示。

2.2.2 數據采集

為保障數據收集更為全面，不會因數據遺漏問題的出現而使勘測判斷結果精準度受到削弱，在落實數據采集工作時，要求積極與礦區前期現場勘察數據實踐結合。同時，為持續優化數據統籌性、全面性特征，本工程還決定在合理維持目標長度的前提背景下適時將測量長度進行延伸處置，通過延伸長度有機延長25 m等措施，從根本上消殺數據隱私問題。此外，本工程還決定安設雷達模塊，并預先實現路線設計，從而保障在細節參數輸入后能夠依據既定規劃航線實現全范圍數據獲取，礦區內部所有原生數據都能夠被迅速掌握，不會存在數據遺漏分析等不良問題。

2.2.3 波形特征參數確定

為保障后續的數字價值能夠得到最大程度挖掘，需要加強對波形初始特征參數確定的重視[4]，嚴格依據下述公式展開計算分析。

式（1）中：H表示波形特征參數；分別表示探測現實范圍與可變目標。

順利求得計算結后，便可基于結果，定位相應目標體，充分借助雷達實現具象化礦區區域特征波形獲取，并依據公式（2）快速實現無量綱初始特征參數計算。公式如下。

式（2）中：L表示無量綱初始特征參數；對分別表示覆蓋整體距離與波率現實長度，單位統一是m。

2.2.4 耦合網度控制

無人機飛行至指定上方時，天線會向區域發送波形。雷達順利接收到指定波形后，會通過內置算法實現耦合指令置換，從而在控制平臺中實現閉環交互。為保障流程操作更為順暢，本工程還計劃在初始特征參數明確后自覺加強對耦合網度精確的控制，完善具體的置換比例計算邏輯，嚴格依據下述公式展開計算分析。

式（3）中：三個獨立參數對應分別表示傳輸距離、可允許誤差距離與深度覆蓋范圍。

直至最終的置換比例統一后，便可以依據指定計算公式精準實現耦合網度計算，為后續更有效地實現控制策略部署提供正確方向指引。

2.2.5 數據導入、處理實現

完成原生數據獲取處理后，作業人員便可以充分利用數據庫技術，以此為“媒”，實現數據預導入處理工作。具體操作期間，為保障工作能夠一次成型，需嚴格依據以下工作邏輯加以展開[5]。

首先，參照相關實踐標準，實現數據庫結構確定，快速且全面地完成初始數據內容導入工作。其次，在順利導入完畢后，輔助落實外業測量補充工作。之所以展開此項工作，主要是因為無人機在實現數據內容采集期間極易受客觀環境因素，如自然條件的影響，出現一定數據收集盲區問題，進而對整體的測量推進進度造成影響。因此，為更有效地實現盲區點位補測，及時開展外業測量輔助工作勢在必行，直至順利補充完畢后，便可以有序推進相應修改工作展開，并基于現實發展需要實現系列性工作推進，如分割開展、邊線調整、合并，細節標注等。最后，將處理完的數據存儲至指定數據庫中，為后續更快速地實現采用提供專業平臺。

2.2.6 制作數字高程模型

直至相關數據生成后，便可以此為依據實現數字高程模型構造。此時，為更有效地實現點云數據量縮處理，持續提升模型應用可靠度，本工程決定積極利用成熟度較高的軟件，健全完善具體的云數據拼接、輸出、建模等工作邏輯，助力具象化礦區三維模型順利建立。經實踐證明，在工程的具象化礦區三維模型順利生成下，后續的礦山規劃、礦山管理策略針對性明顯變強，并未發生開采事故問題，實用性價值顯著。

3 應用效果分析

為更全面地對無人機和激光雷達綜合應用效果進行驗證，本工程隨機抽取兩個覆蓋單元范圍、脫空系數均不一致的勘測飛行組，實現具體的航測誤差值計算分析[6]，具體的結果如表2所示。

結合表2具體輸出數據可知，盡管處于不同的航測距離作用背景下，無人機和激光雷達技術的綜合應用也能夠有效將礦山測量工程的現實測量誤差值控制在0.02 m以下，應用效果較佳，值得大范圍推廣使用。

4結語

綜上所述，本文結合實際項目，對無人機與激光雷達的應用進行分析，得出該技術可以快速實現地表點云數據獲取的結論。相信隨著無人機機載激光雷達的更深層次覆蓋，后續在工程實施前期階段，可以在最短時間內實現事故操作障礙掃清目標，憑借工程測量工作量的適時減少，真正達到降本增效，為礦山行業的可持續發展提供堅實的技術支撐。

參考文獻

[1]韓珞.無人機激光雷達技術在礦山測量中的應用[J].工程技術研究，2024，9（14）：207-209.

[2]劉和平.機載激光雷達技術在礦山大比例尺地形圖測繪中的應用[J].能源與節能，2024（8）：264-267，271.

[3]田綠林，邢帥，郭松濤，等.輕小型無人機載激光雷達測量系統檢校方法[J].信息工程大學學報，2024，25（1）：65-73.

[4]宿文松.基于無人機傾斜攝影測量的露天礦三維建模及應用[D].邯鄲： 河北工程大學，2023.

[5]冀曉彤.礦山工程測量中無人機機載激光雷達的應用效果分析[J].世界有色金屬，2021（21）：19-20.

[6]李哲.基于無人機傾斜攝影測量技術的廢棄礦山測量[D].唐山： 華北理工大學，2020.