矿山工程测绘中激光雷达测绘技术探究.pdf

世界有色金属2023年8月下26测绘技术Mapping technology矿山工程测绘中激光雷达测绘技术探究沈广伟（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 4 1 1 4 0 0）摘 要：社会和经济都在不断发展的同时，科技也在不断的发展，科技的应用也越来越广泛。随着对激光雷达测绘技术的深入和研究，使这项技术在提高测量精度的过程中广泛应用到各行各业当中，能够真正地满足人们对测量的需要。以下就对该技术在矿山中的应用进行了分析。关键词：矿山工程；测绘；激光雷达测绘技术中图分类号：P 2 2 5 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 2-5 0 6 5（2 0 2 3）1 6-0 0 2 6-3Exploration of LiDAR Surveying and Mapping Technology in Mining Engineering Surveying and MappingSHENGuang-wei(S i n o h y d r o E n g i n e e r i n g B u r e a u 8 C o L t d.,C h a n g s h a 4 1 1 4 0 0,C h i n a)Abstract:A s s o c i e t y a n d t h e e c o n o my c o n t i n u e t o d e v e l o p,t e c h n o l o g y a l s o a d v a n c e s,a n d i t s a p p l i c a t i o n s b e c o me i n c r e a s i n g l y w i d e s p r e a d.Wi t h t h e i n-d e p t h s t u d y a n d r e s e a r c h o f L i D A R ma p p i n g t e c h n o l o g y,i t h a s b e e n w i d e l y a p p l i e d i n v a r i o u s i n d u s t r i e s t o i mp r o v e me a s u r e me n t a c c u r a c y a n d e f f e c t i v e l y me e t p e o p l e s me a s u r e me n t n e e d s.T h e f o l l o w i n g i s a n a n a l y s i s o f t h e a p p l i c a t i o n o f t h i s t e c h n o l o g y i n mi n i n g.Keywords:mi n i n g e n g i n e e r i n g;S u r v e y i n g a n d ma p p i n g;L i d a r s u r v e y i n g a n d ma p p i n g t e c h n o l o g y收稿日期：2 0 2 3-0 6作者简介：沈广伟，男，生于1 9 9 1年，湖南湘乡人，本科，工程师，研究方向：工程测量。对矿山工程进行测绘，要确保各种技术手段的充分运用，运用科学的方法，减少矿山工程测绘的困难和各种问题，促进矿山工程的顺利进行。从矿井建设的角度出发，明确激光雷达技术在矿井建设中的作用是多方面的，要保证相关部门能够灵活地运用于矿山建设，从而使矿山的测绘技术得到进一步的发展。1 激光雷达测绘技术1.1 概述激光雷达技术是利用波段雷达向工程地图传输激光信号，再将其与被测物体的反射信息进行比较，从而得到被测物体的图像信息。随着科学技术的迅速发展，激光雷达技术不断完善、成熟使用，新的激光雷达设备不断涌现，为工程测量领域的高效利用提供了强有力的支持。激光雷达系统的总体设计由伺服控制、信息处理、信息接收机、激光发射机等组成，目前，市场上的激光雷达测图设备种类繁多，其测量结果也不尽相同。激光雷达测距是目前在工程测绘领域使用最多的一种激光测距仪器，在实际应用中，为了保证测量结果的准确，必须依据工程测量的实际需要，选用合适的激光雷达仪器。为了保证雷达技术的应用，必须将红外电视、微波雷达等先进技术有机地结合起来，以保证雷达技术的应用。1.2 激光雷达测绘技术的原理激光雷达测绘技术是利用激光雷达系统对某一地区进行有效的地图绘制。激光雷达地图技术是通过测量传感器发射的激光，根据激光与目标的运动速度，确定目标的实际距离，并对其反射能进行分析，以获取目标的反射能量、光谱的振幅等信息，以确保准确地计算出目标的位置信息。为保证矿山工程测绘工作的顺利进行，必须根据矿井的实际状况和工程测量要求，选择适当的激光雷达，并加强相关仪器的使用，以避免在实际工作中发生问题，这对保证矿山工程的精度和实际工作的效果起到不可替代的作用。1.3 激光雷达测绘技术的分类目前，常用的激光雷达测绘技术有两大类，分别是脉冲激光雷达和相位激光雷达。其中，脉冲成像技术是利用激光雷达设备发出的瞬态脉冲，实现对标定设备和目标的距离的测量；而相位法是通过连续波的工作原理，将反射和发射波的相位差记录下来，并根据相关的数据进行测量。为了确保激光雷达技术在矿山工程测绘中的应用，必须根据实际情况，科学地选用相应的测量技术，以确保其应用效果，提高其应用价值。在矿山工程勘察中要加强基础资料的采集，加强各种基础资料在矿山工程施工中的运用，从而提高矿山工程的总体规划和施工水平。2 常见测绘工程中涉及的激光雷达技术2.1 电力测绘中涉及的激光雷达技术在激光雷达技术中，利用机载雷达进行扫描，可以有效地解决地形、环境等方面的问题。因为这些线路一般都是在大楼的内部或地面上所进行，因此当采用激光雷达技术时，通常采用的是直升飞机和无人机，而雷达则是其中的重要组成部分。通过对输电线路的探测，可以防止测量偏差，进而保证数据的准确性，从而实现对电网的控制，因为有些传输线路很弱，要选用适当的激光功率，从而可以根据功率大小，自动调整激光的功率。此外，由于测量设备的高度和速度，也会极大地影响到数据的获得，必须综合考虑各种因素，并采用相应的方法来提高测量精度，在绘制线路的时候，还可以安装摄像机和数码摄像机，在绘制地图的时候，对输电线2023年8月下 世界有色金属27测绘技术Mapping technology路进行检查和维修。由于线路测绘工作的危险性比较大，因此对测量精度的要求也比较严格，需要对测量中使用的激光发射器、雷达等仪器进行定期的维修，防止仪器故障造成的数据误差。2.2 基础测绘中涉及的激光雷达技术在基础测绘中，利用激光雷达技术对地基进行初步的测绘，并对地基进行初步的构图。通过对工程现场进行测量，可以获得一定的资料，以便更好地满足工程的基本需求和建设目标。基础测绘的目的是收集和整理被测对象的资料，建立其基本的图形结构，确定总体平面图的方位，并得到对应的空间坐标，从而产生所需要的数码影像。为了获得精确的测量资料，通常采用激光发射装置，这样可以在设备不受干扰的情况下，快速地进行测量。首先，把激光发射机打开，置于被测试的原始物体上，与电脑连接，进行数据传送，然后启动，当激光发生偏移时，会发出警告。影像由电脑产生，并标示出大致的目标，根据地基的影像，可以进行沉降、变形等的测量，在进行精确的测量时，还要对数据的信息进行正确的处理，并对结果进行精化。在基本测绘中，由于采用了激光雷达技术进行测量，往往由于吸收了激光，导致了回波信号的品质和准确度下降，光波的折射也会产生偏移，从而产生诸如噪音等的误码率。需要用电脑进行过滤，才能得到落点的高度变化，因此，就能得到大量的资料；同时，对已处理过的数据进行及时的变换，并产生相应的坐标。在计算机上，利用变换软件将运动位置数据转化为坐标，再由扫描中心的坐标系进行参数变换。2.3 矿山测绘中涉及的激光雷达技术在提倡生态文明的大背景下，我国的矿产资源开发速度很慢。特别是随着矿区环境的日益恶化，采矿系统的功能受到了极大的制约，各类资源都不能满足采矿的需要，相应的矿产勘查工作也受到了极大的影响。由于工程地质条件复杂，各种不安全因素的存在，使得传统的测绘工作很难进行，而基于激光雷达的数字化技术，可以很好地解决上述问题。在此背景下，要实现矿业的快速发展，就必须加强对数字矿山建设和促进可持续发展的研究，在数字矿山建设中，要实现对矿山数据的采集和三维建模，需要采用激光雷达技术的滤波功能。在此基础上，设计矿山的建筑物，此外，在采集建筑顶面数据时，需要进行三维建模。通过建立综合模具，将矿山地面机械模型与三维立体模型相结合，为矿山改造、管理、采矿等提供决策支持。例如，运用立体矿山模型，全面了解矿区的经济状况、自然环境，全面调查矿区土地沉降、建筑物等，以便于矿区职工对矿区环境的管理与保护。在矿山测量中，采用激光雷达技术，不仅使用方便，而且具有较高的精度。2.4 森林工业森林工业在我国国民经济的发展中占有举足轻重的地位，我国的森林面积大，森林类型多样，对森林资源的经营和管理有一定的困难。在森林生产测量中，常规的测绘方法难以精确地测定林木胸径、树冠高度等，为此，必须大力推广应用激光雷达技术，以提高森林生产管理工作的质量。航空激光雷达是森林生产中常用的一种测量方法，该系统能对森林高度、森林覆盖面、森林生态环境等进行测量，为森林绘图员提供综合的资料。2.5 精密工程测量过程的使用首先是对精密工程测量的内容进行分析，其中测量对象的采集是其工作的主要内容，收集的主要对象包括3-D坐标和3-D模型，许多工业领域都与此相关，如沉降测量、电力选线、文物考古等。地面激光雷达和机载激光雷达是时间目标处理中最有效的手段，而纹理信息的采集必须与数字照片相结合，因此，基于结构模型的堆叠是建立立体模型的前提条件，对于景观分析和构造工作的成功实施具有十分重要的意义，从而促进了城市规划和决策的科学性。为了得到高精度的地面高程模型，需要运用科学的激光雷达技术进行轨道设计和道路设计，以保证工程设计的准确性。其次，通过对激光雷达数据的采集，对线路进行整体的认识，在维修输电线路时，将雷达数据点布设在输电线路上，根据相应的暴露点高度，可以方便地计算出线路与地面之间的距离，方便维修和保养。此外，在林木稠密地区使用激光雷达技术，可以科学地估计出所需砍伐的树木的面积和数量。2.6 在建筑工程测绘中激光雷达测绘技术的应用随着我国建设项目的日益增多，建设项目的科学化、规范化建设需要更加注重对其进行建模。采用数值高程模式，能对施工过程中地形、土方量等各种影响因素进行精确的分析，为施工工作的顺利进行提供依据。同时，将激光雷达技术应用到建筑工程测量中，可以利用激光点快速采集有关建筑施工现场的数据信息，并在此基础上建立三维空间坐标，对数据进行分析、整合，最终形成符合工程实际的数字化高程模型。利用数字化高程模型，该方法可以有效地加速建模，缩短建模时间，提高模型精度，为工程施工打下坚实的基础。2.7 地形图测绘三维激光扫描仪在地形测量中的应用，还要体现在地形图的绘制上，这样才能保证在以后的工程中发挥出最大的作用，减少各种误差和错误。结合这样的地图绘制，首先要进行坐标变换，要把现有的点云坐标变换成三维扫描的坐标，这样才能更好地反映出独立的工程坐标系统，特别是平面坐标的变换和高程转换。另外，要提高地图的使用价值，必须正确使用等高线，以保证其产生更加合理和规范，从而减少精度的威胁。3 矿山工程测绘中激光雷达技术的应用3.1 矿山基础测绘在矿山基础区域进行激光雷达技术测绘时，保证基础测绘程序的合理性，促使有关部门按照既定的工作流程来进行，以保证数据采集的有效性和实践性。在利用激光雷达技术绘制矿井基础时，要保证测量结果的准确性，并在此基础上应用3-D坐标方法进行定位，以保证基坑的定位精度和整体精度，从而保证矿山基础的测绘质量。同时，利用激光雷达技术，可以实现对矿山基坑的高精度测量，并产生数字化的正射影像，并通过相应的影像进行有效的切割和反射，从而得到精确、合理的测绘图，进而解决了因数据不合理造成的问题，保证了矿山工程测绘的准确性和实务的效果1。世界有色金属2023年8月下28测绘技术Mapping technology3.2 矿山精密测绘为了适应矿山的开发，为了适应矿区的实际情况，在综合考虑各种基本要求的前提下，对矿区进行精确的测量，确保相关部门能在较短的时间内获取目标的三维模型和三维坐标，进行矿山的规划、施工、采矿等方面的工作，减少矿山项目的规划、建设、采矿等方面的问题。通过采用激光雷达技术，可以建立高精度的地面高程模型，为矿井的整体布置提供科学、准确的测绘数据，从而验证了激光雷达技术在矿山的精确测绘中的应用，同时，通过激光雷达技术，可以保证采集到的各种数据，保证相关的数据的可操作性，进而促进矿山的测绘与勘探工作的顺利进行2。3.3 构建数字矿山由于长期的开采，导致了资源的枯竭、综合作用的降低，从而影响到矿业的实际发展，也会对矿山的建设和项目的总体规划建设造成巨大的影响。在此基础上，通过应用激光雷达技术，对矿井进行三维建模，以确保矿井的总体建模效果和模型的安全性。另外，由于采矿过程中存在着局部坍塌、地表开裂等问题，利用数字化矿井可以在最短的时间内发现问题所在，并在适当的技术支持下对矿井的采掘位置和破坏部位进行优化，从而有效地控制滑坡。为了满足矿井总体维修的需要，提高矿井的规划和施工质量，以及激光雷达技术在矿山工程中的应用，是促进矿山的规划、施工、开发利用的有效手段。当然，在建设数字矿山的时候，一定要确保所有的基础资料都是准确的，而且还要使用激光雷达技术来加强数字矿山的建设，根据数字矿山的模式来进行采矿，这样才能减少采矿过程中的质量和安全问题3。3.4 测绘信息收集但在实践中，由于存在着一定的障碍，往往会给矿山工程的测量带来困难，从而对工程的精度和工程的实施造成很大的影响。为了确保地质勘探资料的准确性，解决矿山工程勘察中存在的问题，确保矿山工程勘察工作的顺利进行，应利用激光雷达技术收集各种地质信息数据，为矿井工程勘察工作的顺利进行提供有力支持。同时，还要保证雷达仪与计算机设备的紧密配合，把雷达机的资料储存在专用的计算机系统中，并由计算机系统对各类资料进行高效的处理，以确保资料的真实、完整，使有关资料能更好地运用于矿山工程勘察工作，并取得最佳的成果。在此基础上，采用激光雷达技术对矿山工程进行适当的测绘，以保证矿山的规划、建设和开发需求，防止矿山各区域的矿产资源枯竭4。3.5 露天矿山开采在三维激光扫描仪中，有两面高效率的同步镜子，通过脉冲发生器，通过同步反光镜扫描被测区域，得到的测量距离，由测量对象的反射脉冲来判断，在测量距离的时候，激光脉冲会根据测量对象的角度、模块的控制等情况，通过对脉冲信号的分析，最终将其融合到一个三维空间中，从而形成立体图像。在点云扫描时，采用一种独特的内部格式，只有通过专用的软件才能进行数据的处理和读取，而RISCANPRO、Cyrax2500-Cy-clone等都是为3D激光扫描而开发的。为提高仪器的使用效率，分析软件必须符合实际操作要求，对云点数据进行分析处理，并对数据进行合理的编程；三维激光扫描器的使用，使得采集效率达到了每秒几千个，而采用的三维激光扫描器，可以达到每秒几万个点的速度。采用三维激光扫描技术获得的图像精度和分辨率都很高，这主要是因为采用了点云数据分析和处理技术，能够快速地分析和整理系统中的大量数据，并对已绘制的露天矿山进行高密度的数据收集，从而提高了数据的完整性5。4 激光雷达测绘技术应用实践将激光雷达技术用于矿山工程，既能满足矿山精确测量的需要，又能减少对矿产勘查工作的投资。由于目标是矿井，因此在直升机上安装的激光雷达必须保证能见度在5000m以内，并对测量信息进行收集、整理，最后实现自动生成图像。通过对现场的认识，目前为了满足直升机激光雷达的能见度要求，最后选择可激光雷达。在进行矿井工程测量时，采用激光雷达技术对三维地形进行扫描，并借助其优越的扫视系统来实现这一目标。在实际测量中，目标的测角精度与扫描作业的一致性无关，而对地形的精度影响较大，从无人机的激光雷达地图系统的构造可以看出，这种雷达采用了先进的扫描成像技术，通过远程、宏观的测量，实现对距离的采集和处理；再由电脑软件进行深度分析，最后形成一个三维的矿井影像，在这一过程中，技术人员要确定激光图像与位置、采样点之间的一致性之间有没有关系，要确保测量工作的精度，增加取样点的设置，以确保各种资料的准确度，以达到激光雷达技术的应用需求，从而提高矿山测绘精度和相关工作开展效果。另外，在进行测量之前，还要对技术人员进行细致的测量资料采集，不能盲目地设定取样点，必须严格地确保采集点的科学、均匀。在做好充分的准备工作后，采用先进的测试仪器对其进行测试，确定其光束的均匀性和稳定性，以免对最后的测试精度产生不利的影响，要重视与地面成像系统的衔接，以防止在进行测量时出现的干扰6。5 结语为保证矿山工程的测绘效果和最终成果的精确性，应在综合考虑各种基础条件的基础上，加大对矿山工程的合理利用，对矿山工程进行精确的测量，并依据矿山工程的实际情况，合理地绘出设计图，在精确的图纸支撑下进行矿山建设，以减少在矿山建设中发生的所有问题。本文论述了采用激光雷达技术在矿山工程中的应用，进而对矿山工程测量和绘图工作的顺利进行提供保证。1孔祥仲.工程测绘中激光雷达测绘技术探究J.中国科技投资,2018(35):41.2潘 砚 斌.矿 山 工 程 测 绘 中 激 光 雷 达 测 绘 技 术 探 究 J.地 矿 测绘,2022,5(2):24-26.3冯春寒.探究工程测绘中激光雷达测绘技术的应用J.中国科技投资,2018(16):52.4李晶晶,王瑞洁.试析工程测绘中激光雷达测绘技术的应用J.建筑工程技术与设计,2016(15):257-257.5吴 二 宝.工 程 测 绘 中 激 光 雷 达 测 绘 技 术 的 应 用 探 析 J.砖 瓦 世界,2019(24):55.6马宏志.工程测绘中激光雷达测绘技术的应用探析J.中国新技术新产品,2018(17):8-9.