无人机载三维激光扫描技术要点及其在露天矿山测量中的实践

摘要：随着现代科技的飞速发展，无人机载三维激光扫描技术作为一种测量手段，正逐步在各个领域展现出其独特的优势和广阔的应用前景。特别是在露天矿山测量领域，无人机载三维激光扫描技术的引入，不仅极大地提高测量精度和效率，还为矿山的资源评估、安全监测、规划设计等方面带来重要的变化。基于此，文章旨在深入探讨无人机载三维激光扫描技术的要点，并详细分析其在露天矿山测量中的实践应用，以期为相关领域的研究者和从业者提供有益的参考和借鉴。

关键词：无人机载三维激光扫描技术；露天矿山测量；实践应用

引言

无人机载三维激光扫描技术的出现，为露天矿山测量提供了一种全新的解决方案，该技术集成无人机平台的灵活性和三维激光扫描仪的高精度数据采集能力，能够在短时间内获取矿山区域的大量、高精度点云数据，这些数据不仅包含矿山的几何形状信息，还包含地表反射强度等物理信息，为矿山测量提供丰富的数据源。通过后续的数据处理和分析，可以生成矿山的三维模型，为矿山的地质结构分析、资源评估、开采计划制定等提供科学依据。

一、无人机载三维激光扫描技术要点

无人机载三维激光扫描技术的核心在于其集成系统技术、高精度数据采集能力和实时动态监测功能。首先，集成系统技术是实现无人机高效作业的基础，它涉及无人机平台、三维激光扫描仪、全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）等多个组件的协同工作，这些组件通过精密的数据接口和控制算法，确保飞行稳定性和数据采集的连续性。其次，高精度数据采集是该技术的关键优势之一，三维激光扫描仪能够以厘米级甚至毫米级的精度快速获取地表信息，生成密集的点云数据，为后续的数据处理和分析提供了高质量的原始资料。为了保证数据的准确性和可靠性，通常需要对扫描仪的参数设置、飞行高度、速度以及扫描角度等进行精细调整。最后，实时动态监测功能使得无人机载三维激光扫描技术在应急响应、灾害评估等领域展现出独特价值。通过实时传输和处理点云数据，操作人员可以在第一时间获得目标区域的三维模型，及时作出决策。例如，在露天矿山环境中，该技术可以用于监测边坡稳定性、评估矿石储量变化、检测潜在地质灾害等，为矿山的安全管理和生产调度提供强有力的支持[1]。

二、无人机载三维激光扫描技术在露天矿山测量中的应用

（一）地质结构精细解析与勘探

在地质结构的精细解析与勘探方面，通过高精度的激光扫描，可以获得矿区地形的详细点云数据，这些数据经由专业的数据处理软件进行去噪、分类、配准等操作后，能够生成高分辨率的数字地形模型（DTM）。基于此DTM，技术人员可以精确识别和分析地质构造的形态、走向及倾角，为地质结构的精细解析提供了坚实的数据基础。同时，结合地质雷达、磁法勘探等其他地球物理探测手段，无人机载三维激光扫描技术能够实现对地下岩层、矿体分布及地质构造特征的综合分析，进一步提升地质勘探的精度和深度。在实际操作中，为了确保地质结构解析的准确性，需要采取一系列措施：应合理规划飞行路线，保证扫描区域的全覆盖，设置适当的飞行高度和速度，以适应不同地形条件下的数据采集需求。例如，某矿山在进行无人机扫描时，通过优化飞行参数，实现了98%的地形覆盖率，确保了数据的完整性和连续性。同时，应加强对点云数据的预处理，利用多视图融合、多源数据校正等技术，减少数据冗余和误差累积，确保地质结构模型的可靠性。据某矿山的实际应用案例，通过多视图融合技术，数据冗余减少了40%，误差累积降低了30%。同时，应加强对点云数据的预处理，利用多视图融合、多源数据校正等技术，减少数据冗余和误差累积，确保地质结构模型的可靠性。此外，建立完善的地质数据库，将扫描数据与历史地质资料、钻探数据等多源信息进行整合，可以为地质结构的长期监测和动态更新提供支持[2]。

（二）矿山安全风险评估与监测

无人机载三维激光扫描技术在矿山安全风险评估与监测中发挥着至关重要的作用，其高精度、高效率的特点使得矿山的安全管理工作更加科学化、精细化。

一方面，在风险评估阶段，无人机可以通过高空扫描迅速获取矿山整体及局部的地形地貌信息，生成详细的三维地形模型，这些模型不仅能够直观展示矿区的地表特征，还能用于识别潜在的安全隐患，如不稳定边坡、裂缝、沉降区等。通过对这些地质结构的精确建模，工程师可以利用专业软件进行应力分析、稳定性计算等，评估各区域的安全状况，制定相应的预防措施。例如，对于存在滑坡风险的边坡，可以通过模拟不同工况下的稳定性变化，提前规划加固工程，确保矿山作业的安全性。另一方面，在日常监测过程中，无人机载三维激光扫描技术通过定期或按需执行扫描任务，可以及时捕捉到地表形态的变化情况，如边坡位移、裂缝扩展等，这些变化数据经过处理和分析，可以转化为直观的风险预警信号，帮助管理人员迅速做出反应。例如，当监测到某一区域的位移速率超过预设阈值时，系统会自动发出警报，提示相关人员采取紧急措施，避免事故的发生。同时，结合气象数据和地质资料，还可以预测极端天气条件下矿山的安全风险，为灾害防范提供科学依据。

（三）矿坑体积精确测量与资源评估

无人机载三维激光扫描技术在露天矿山的矿坑体积精确测量与资源评估中展现出卓越的能力，其高精度的数据采集和高效的处理流程为矿山管理者提供了可靠的决策依据。

一方面，在矿坑体积测量方面，无人机可以以高分辨率快速获取矿坑的三维点云数据，这些数据通过专业的点云处理软件进行去噪、滤波、分类等操作后，可以生成高精度的数字地形模型（DTM）和数字表面模型（DSM）。通过比较不同时间点的DTM或DSM，可以准确计算出矿坑的开挖量和填埋量，进而得到矿坑的实际体积变化。为了确保测量结果的准确性，需要合理规划无人机的飞行路径和高度，以保证数据的全面覆盖和均匀分布；同时，应选择合适的扫描频率和角度，以捕捉到矿坑内部的细微结构。另一方面，在资源评估方面，无人机载三维激光扫描技术通过将点云数据与地质勘探数据相结合，构建出矿体的三维模型，从而更直观地展示矿体的几何形状、规模以及矿石品位的空间分布，这不仅有助于矿山企业优化开采计划，提高资源利用率，还为后续的矿山规划和管理提供了科学依据。为了进一步提升资源评估的精度，需要结合钻孔数据、样品分析结果等多源信息，进行综合分析和验证，确保评估结果的可靠性和准确性。同时，利用先进的数据处理和分析工具，如机器学习算法，从海量数据中提取有价值的信息，辅助进行矿体边界划分、品位预测等工作。

（四）矿山开采规划与优化设计

无人机载三维激光扫描技术作为一种先进的测绘手段，在这一领域中发挥着越来越重要的作用，通过该技术获取的数据不仅能够提供精确的地表信息，还能够为矿山开采规划与优化设计提供科学依据，从而实现对矿山资源的高效管理和利用。

一方面，全面、准确地获取矿山地形地貌信息。传统的地面测量方法往往耗时长、成本高且难以覆盖复杂地形区域，而无人机载三维激光扫描则可以快速完成大面积、高精度的数据采集工作。通过对扫描数据的处理分析，可以构建出详细的地形模型，帮助技术人员直观了解矿山的地貌特征，识别潜在的地质灾害风险区，如滑坡、塌陷等，从而在规划阶段就采取预防措施，减少安全隐患。同时，基于这些精确的数据，可以更加科学地划分开采区域，确定合理的开采顺序和路径，避免不必要的重复作业，提高开采效率。另一方面，利用无人机载三维激光扫描技术进行矿山开采优化设计。在开采前，通过三维模型可以精确计算出矿体的体积、品位分布等关键参数，为制定合理的开采计划提供依据。例如，可以根据矿石品质的空间分布特点，设计差异化的开采方案，优先开采高品位矿段，延缓低品位矿段的开发，这样既能保证初期生产效益的最大化，又能延长矿山的服务年限。同时，基于三维激光扫描数据建立的环境监测系统，还可以实时监控矿区的生态环境变化，评估开采活动对周边自然环境的影响，及时调整开采策略，减少对环境的破坏，实现绿色开采的目标。

结语

综上所述，无人机载三维激光扫描技术以其高精度、高效率和灵活性，在露天矿山测量中展现出广泛的应用前景。通过地质结构的精细解析与勘探、矿山安全风险的评估与监测、矿坑体积的精确测量与资源评估以及矿山开采规划与优化设计，该技术为矿山的科学管理和高效运营提供强有力的支持。未来，随着技术的不断进步和应用经验的积累，无人机载三维激光扫描技术将在更多领域发挥重要作用，推动露天矿山测量向智能化、精细化方向发展。

参考文献

[1]任敬，程赟杰，许东丽.无人机载三维激光扫描技术在露天矿山测量中的应用[J].中国金属通报，2024，（02）：125-127.

[2]闫魏力，张驰，王洛锋.无人机载三维激光扫描技术在露天矿山测量中的应用[J].黄金，2022，43（08）：41-44.