SCI论文（www.lunwensci.com）
摘要 ：矿产资源开发的前提， 就是拥有一套高质量、高 成效的测绘信息， 在当前矿场， 为迎合测量工作需求引进了 多种测量技术，可是传统的航空摄影还有遥感测量方式还 是存在很大的工作局限性， 不仅测量周期长， 还存在控点布 置困难、影像不匹配等显著问题，浪费了工作时间。而无人 机激光雷达技术的应用在很大程度上改善了矿场测绘方面 的不足。通过采用高密度和高精度的数据测绘技术， 进一步 推动了矿场工作的进行。本文立足于矿上测量方面， 对无人 机激光雷达技术的具体测量应用方式作深入研讨。
无人机激光雷达是一种常见的测绘方式，激光雷达工 艺的参与，能够借助三维数据测量技术，为工作人员提供 具有高精度的信息。与传统三脚架三维激光扫描仪技术相 比，无人机激光雷达技术优势显著，都在很大程度上弥补 了传统测量工具的不足。传统激光扫描仪就容易遮挡且缺 乏统一性、区域性较强等缺憾，特别是对复杂地形进行检 测时，容易出现误差。相反的，无人机激光雷达技术能够 快速且连续地对大面积地形进行非接触性的扫描，分辨 率、精准度都能有效地面传送，再通过搭载软件对所测量 地区模型进行快速构建， 更有助于测量人员对矿山细节特 征有更深入的把控。也因其全自动、多平台、装载方便、 质量轻、集成度高、数据测绘精准度高等优势明显，才使 得作为新型测量技术的无人机激光雷达技术被很多部门、 企业广泛普及。
1 无人机激光雷达技术的相关概述
1.1 发展历程
激光雷达技术是当前常用的高科技测绘技术之一，使 用这一技术能够快速对目标区域构造绘制出辨识度高的 3D 场景和数据模式。所收集的数据具有客观、真实且高 效的特点，对目标实体形态特点精准把控，实时创建三维 坐标， 并结合拍摄图片完成场景和模型搭建。
1.2 激光雷达技术具体分类
主要是按照激光雷达载体的区别进行区分，依据这一 方面可以分为机载激光雷达技术以及地面三维技术两大 类。地面三维激光雷达技术就是装载在地面上的技术形 式，其工作系统涵盖有激光扫码技术、数码照相技术以及GPS定位系统。能够从地面出发对所测量目标物快速进行 扫描，再结合搭载软件收集激光反射，从而根据已知数据 进行建模。虽然地面三维技术相关设备安置在地面上，可 是依旧存在灵活性。因为其可搭载在移动设备之上，可以 在移动中完成数据采集。
相较于地面三维激光雷达技术，机载激光雷达技术不 论是搭载系统还是设备都更为完善，所以性能、测量速度 都处于一流阶段。这一技术中包含的系统也更为现代化， 涵盖有高精度的高度测量仪、GPS定位系统、高性能的数 码相机以及惯性制导仪， 因为搭载设备和系统的先进性支 持，所以可以很好地对所测目标实现动态化测量。可以通 过数据获取和计算分析， 进而转化为密度较高的三维激光 点云数据，以此来提供高精度数据，对远距离测绘也不在 话下， 因此在实际测绘工作中更加受到相关工作人员的喜 欢。如今，在我国已经具有十几年的发展历程，可以说这 一技术已然成为革命性的工程革命。
1.3 无人机激光雷达测绘技术相关测量原理
在具体使用中，可以借助相关光频波段技术对所测区 域电磁波传送予以把控， 反馈到的信息数据构成的精准图 像与 3D模型，就是激光雷达技术的重要工作原理。对发 射出的电磁波进行反馈收集这一工序， 能够有效整理出被 测量地区中物体之间的距离， 物体本身的高度体积等确切 信息。相较于普通的光波相比，激光雷达所发射的光脉颜 色单纯且方向感更强，能够有效降低外界不必要干扰，在 测量中所发挥的实用效益喜人。激光射向物体所反馈的效 果，就能够被雷达接收，再结合内部处理系统对光束发出 时间长短按照固定公式进行计算，从而得出两者距离。在 使用无人机装载激光雷达技术时，因为所处高度的不一 样，其最终精准度也会出现差异。除此之外，GPS 系统也 在数据接收中贡献了重要作用，借助 GPS 系统能够对激 光点进行立体空间定标，借助X、Y、Z 坐标聚集激光点， 进而绘制出云点图像， 这便是无人机激光雷达检测效率高 且精准度可观的关键工作原理。
2 无人机激光雷达技术特点以及优势
2.1 主动勘测受外界因素影响较弱
无人机搭载激光雷达技术是一种较为新兴的测绘技 术，和其他测绘技术相较的话，会显示出一定的技术方面优势。其一，无人机激光雷达技术具有主动性，对于测绘 手段来说，通常具有两种类别，一种是主动性，还有另外 一种就是被动性。作为主动性的地表空间勘探技术，所受 到的外界制约因素就会相对较少。被动性的测绘技术主要 是通过被测目标电磁波信息反射达到信息的收集， 这种检 测技术非常容易受到外界因素的干扰，像是日照、天气等 因素，都能够对被动性测绘技术造成制约，甚至在恶劣的 自然条件中都能发挥高精度的优势。例如，在2008 年汶川 大地震期间，机载激光雷达技术就克服了险恶的复杂灾 区环境，将实景信息予以传输，给救援和灾后重建提供了 极大的支持。像是激光雷达，主要就是通过光探测测距的 一种方式，通过雷达传感器射出的激光光脉折射回来的 时间，从而推导出与被测物之间的距离，而在这测绘过程 中，激光雷达还能借助传感器对所检测环境制作出详细的 具有参考度的 3D模型。这一独特的检测方式与其他检测 方式相比，更加不受光线环境因素的干扰，且它能够自己 提供光源，这就说明无论测量光照射条件如何，都不会有 太大的问题，激光雷达技术甚至可以全天候运行，丝毫不 会对最终收集数据造成问题。
2.2 作业具有高效性，隐私保护到位
与其他测量技术相比，无人机激光雷达技术有着高作 业率，在空间测量方面能够快速获取测量信息，且作业起 来十分安全，还能很好地保护隐私，在需要对信息私密保 护时排上用途，信息在分享时能够保持匿名状态，分享方 式为给共享 3D 云数据，也将保护私密的概念贯彻到底。 但是，虽然激光雷达技术在私密安全保护方面颇有成效， 却不能完全取代安全系统， 它和安全系统是相辅相成的关 系，两者结合才能创造出更大的使用价值。无人机激光雷 达技术能够借助飞行器和激光脉冲快速对需测量区域完 成信息扫描收集工作， 对大范围大面积的区域空间数据收 集处理的得心应手，作业效率极高。与传统的测量技术相 比，无人机激光雷达技术大大缩短了测绘的时间，降低了 测绘难度， 并且对很多较为危险地势陡峭的地区都能进行 综合测绘， 极大程度保障了测绘安全。
2.3 具有穿透功效，精度较高
雷达与激光雷达相比，也具有较强的应用优势，像是 雷达这样的传感器也免不了会有盲点的存在， 主要是因为 相关技术并不完善， 因此没有办法详细且准确地对所测量 地区物体进行清晰识别，且成像清晰度相对较差，分辨率 难比激光雷达技术。不仅如此，激光雷达技术还带有物体 分类的功能，而这是它最为独特的方面之一，像是传统的 传感器都没有办法具有这一功能。无人机激光雷达技术不 仅获取信息快，且数据精准度也相对较高，而收获数据的 精准度成为评判这一技术优势的重要标准， 精度高的主要原因是由于无人机激光雷达技术能够对所测区域获取空 间坐标，这样收集到的信息就有很高的使用价值。值得一 提的是， 无人机激光雷达所带有的激光脉冲能够有一定程 度的透视作用，因此在作业时，就可以忽视树木植被的遮 挡，降低外界因素的干扰，规避不必要的信息损失，从而 为测量工作任务提供真实有效的数据信息。
2.4 具有 3D成像技术
无人机激光雷达技术在 3D 地形图构建方面也是颇具 优势，借助无人机硬件和搭载的软件系统共同协作，在收 获实况信息的同时，还可以提供出高分辨的 3D 地图或点 云，而这都是相机和雷达技术所达不到的精准分辨率，像 相机就只能提供 2D 图像，借助相机提供的 2D 图像只能 帮助工作人员对物体之间的距离进行假设， 没有办法给人 高分辨率的立体视觉享受。
3 无人机激光雷达在金属矿山测量中的应用
3.1 建立数字矿山工程
近些年来，随着工业的快速发展，对金属矿产数量 的需求量也逐日提升，为满足市场需求，开采效率就随 之有所提升。而其中，为了达成矿产社会效益、经济效 益，且帮助其走上可持续发展道路，建立数字矿山就成 为矿业发展的必经之路。当前在矿业开采中，不可避免 出现了资源浪费问题，且浪费严重，对矿区生态和开采 安全造成了巨大隐患。且矿山地势复杂，借助全站仪和 GPS 这种传统的测绘方式费时费力，实际运用难度较大。 特别是对于矿区高维空间，所起到的数据收集效果并不 显著。不仅如此，矿产所在地也会逐渐步入发展瓶颈，因 此就急需数字矿山工程予以救助。而借助无人机激光雷 达技术能够通过其中所带有的数据筛滤系统快速掌握到 有关矿区开采的相关信息。并结合激光点云数据在实体 目标 X、Y、Z 三维坐标的直接反映，通过人工或者自动 交互处理系统构建不规则二角网(TIN)，就可以提取数 字离程模型(DEM)，构建矿区实况三维虚拟模型，这样 才能为工作人员对矿区优化提供参考依据。并且无人机 激光雷达能够高效完成高空作业，所以能够很好地收获 地面数据，借助精密工程测绘，用数码照相技术获取纹 理数据，再经过建筑模型的叠加，实现对目标实体的分 析规划，还能进行变形分层组合等一系列业内工作，进 而更好地对矿区现阶段的生态环境和自身潜质进行精准 化评估。与此同时，借助无人机激光雷达技术还可以收 获矿区塌方、水文情况、隧道、土地侵蚀，还有建筑质量 问题，然后便能更为准确地推算出可能出现的灾害，如 此就能提前进行规避，避免人员出现安全问题，且还能 最大限度降低经济损失。
3.2 完成基础测绘和电力系统构建
在实际工作中，数据类的测量工作繁琐且重要，为此 便对所测量的路线和所采用的程序都设有严格要求。而无 人机激光雷达技术就能很好弥补传统测量弊端，借助地面 三维坐标为依托，实现高度影像纠正，为数字图像搭建基 础，这样就可以有效降低测量绘制成本投入。在金属矿生 产中， 不可避免电力系统的搭建， 不管是开采还是运输， 都 需要借助电力的推动，而电力系统搭建方面也同样需要监 督与检测，为此在电力系统搭建时，就需要对路线方面予 以设计，就可以借助无人机激光雷达技术。沿着电力路线 走向进行统筹化的测量。在与传统的测量方式相比较时， 这种方法更为灵活，能够根据实际测量需求随时调整无人 机的飞行高度和速度， 从而有效地掌握测量数据。
3.3 架设矿山地质测绘 GNSS 基站
为了确保矿厂发展有序进行，就需要搭建 GNSS 基 站，以此来为地质测绘带来便利。架设 GNSS 基站时需 根据实际测绘需求，然后再通过厂区布设控制点的方式， 保持接收设备与基站能够保持实时通信的状态。除此之 外，架设的 GNSS 基站还需满足以下要素。其一，需要提 前寻找且设置好控制点所在坐标，为此就需要对基地进 行整平处理，进而方便测绘点和控制点对中。其二，测量 基站天线高度时，需采取斜测的方式，需从脚手架三个空 挡区域进行测量，每个空挡区域夹角需保持在 120°, 并 且在测量中要确保天线的高度和测板测量精准度保持在 1.00mm 以内才可以，这样才能最大程度的将测量误差保 持在 4.00mm 之内。其三，基站各项搭建标准化之后，就 需要对采样频率作以规定，3.0Hz ～ 6.0Hz 便是最佳范围。 基站中所有的观测数据都离不开 GPS 定位点与 BDS 的 支撑，对于这两者做出的要求就是卫星总和需达到 16 个 之多。其四，保存数据时也要兼顾几个格式，最起码需要 HCN 与Renix30.25格式各持一份。除此之外，为了更好地 发挥出无人机激光雷达技术的优势，就需要在使用之前 进行调试。作为无人机调试人员，就需要先行对所测量地 区进行实地勘察，综合了解场地实际情况之后，借助地面 站仪器，对航行路径予以科学规划，确定航线之后为以防 万一，就需要试飞，如果三架无人机都能顺利返航的话， 则路线通过， 可以进行正常的飞行。
3.4 对矿区道路、水下地形进行测量
由上可知，无人机激光测绘技术可以提供密集的点 云，这样一来就可以对厂区的道路进行准确化的描绘，并 且能够对周边的环境还有路面情况都能够予以收集。还 可以借助 GPS 控制点提高收集数据的精准度，能够有效 弥补 GPS 因为树木等问题而出现的测量间隙。并且还可以完成路况监督的任务，像路面损坏凹痕、路面水流等 问题，都能予以反馈。并且在一些矿区，不免会有水下地 形勘探的任务，而无人机激光雷达测量技术就能够借助 LIDAR 系统， 采取两种波长激光光束， 对水下进行测量。 3.5 借助无人机激光雷达完成数据精密处理为了保证检测工作质量，还要对无人机激光雷达技术 的续航和飞行状态进行检测， 当所收集的指标都能够满足 具体的测量条件时，就可以进行对矿区数据的采集。而采 集过程中就需要多台手持控制设备， 用人工控制的方式完 成对方向的调整。还需装置接入终端接收装置与无线通信 装置，以便保证信息的有效传输。在高空作业中，如果无 人机飞行和预设航线偏离超过 8.0km 后，地面终端就会接 收到警报，方便工作人员及时作出调整。还需注意对无人 机、激光雷达的参数，还有激光扫描仪、拍摄录像设备的 参数进行统筹调整。在具体工作时，就可以启用POS进行 数据采集处理，待工程开始执行后，保持无人机机载激光 雷达处于静止状态2min ～ 3min。这样是为了更好地获取 矿区静态信息，为后续平差处理提供帮助。且需要控制无 人机以数字“8”的形状进行飞行，以此确保飞行器处于稳 定作业状态。在此测量基础上，就可以在终端计算机设备 上进行测绘调控， 同步开启激光数据采集工作与影像数据 采集工作。在完成对矿山地质影像的获取后完成召回。当 无人机机载设备平稳返回后， 拷贝在此过程中的影像数据 与相关信息，将数据存储在终端某指定硬盘内。在完成对 矿山地质数据的测绘后，整理影像文件，归类数据信息， 并且划分为四类，在完成分类处理获取的信息后，将存储 在HCN 内的原始信息进行格式转换操作，并设置信息的 天线， 使其生成标准的Renix30.25格式文件。
4 结语
由上可知，正是因为无人机激光雷达技术所存在的先 进性，所以才能够在我国测绘领域中快速推广使用，并且 着实在具体应用中体现出较强优势。不过无人机激光雷达 技术仍处于发展中， 为此对无人机激光雷达领域作以深入 探讨，非常具有实际研究意义。无人机激光雷达技术超强 的安全性能够有效降低检测误判率， 现今仍然是无人机激 光雷达技术的进步趋势。也着实希望本文能够起到抛砖引 玉的功效， 带领更多相关工作人员能够将更多的精力投注 到课题研究之中。
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/73752.html
