矿山工程测绘中激光雷达测绘技术研究

引言

矿山资源作为国家工业发展的重要基石，其高效开发与安全生产至关重要。随着矿山开采向深部、复杂地形拓展，传统测绘技术如全站仪测量、经纬仪测量等，因效率低、精度差、受环境制约大等缺陷，已难以满足现代矿山工程需求。

文章分析激光雷达测绘技术的应用与发展，对提升矿山测绘水平、优化资源开采方案、保障矿工生命安全、推动矿山行业智能化转型具有重要的现实意义。

一、激光雷达测绘技术在矿山工程测绘中的应用

1.1 露天矿测绘应用

在露天矿测绘领域，激光雷达测绘技术展现出强大的优势。在地形地貌快速建模方面，机载激光雷达系统可搭载于无人机或直升机，以高效的作业方式覆盖大面积矿区。采集的数据经处理后，构建出精度达厘米级的三维地形模型，能够清晰呈现矿区的高低起伏、沟壑分布，为开采设计提供精准数据，优化开采方案，减少不必要的土方挖掘，降低开采成本。在边坡稳定性监测上，激光雷达发挥着关键作用。利用地面固定式激光雷达，可定期对露天矿边坡进行扫描，获取边坡表面的三维点云数据。当监测到边坡局部区域位移速率超过设定阈值时，系统立即发出预警，矿山工作人员可及时采取加固措施，有效预防边坡坍塌事故，保障矿山安全生产。

1.2 地下矿测绘应用

对于地下矿测绘，激光雷达测绘技术同样成效显著。在巷道三维建模中，便携式激光雷达设备可灵活进入地下巷道作业。获取的数据经过处理，构建出高精度的巷道三维模型，不仅精确测量出巷道的尺寸、坡度、断面形状等参数，还能清晰呈现巷道内的支护结构、管道线路等细节，为巷道施工质量评估、通风系统优化设计提供有力依据。

1.3 矿产储量估算应用

在矿产储量估算环节，激光雷达测绘技术获取的矿体三维数据成为重要依据。结合地质勘探数据，利用专业软件对矿体进行建模与分析，能够更准确地估算矿产储量。通过激光雷达测绘获取矿体的三维形态与空间分布数据，再结合钻孔取样分析的矿石品位信息，利用三维建模软件进行矿体模拟，为矿山资源评估、开采规划提供了更科学的数据支撑，助力矿山企业合理安排开采进度，提高资源利用效率 。

二、激光雷达测绘技术在矿山工程应用中存在的问题

2.1 技术层面问题

在数据处理上，激光雷达测绘技术产生的海量点云数据处理难度极大。矿山工程测绘获取的数据量庞大，点云滤波、三维建模等处理算法复杂，对计算机硬件性能要求极高，处理效率低下，即使配备高性能工作站，单次大规模数据处理也可能耗时数天，严重影响测绘成果的交付周期。设备适应性方面，矿山环境恶劣，高温、高湿、高粉尘以及强电磁干扰等因素对激光雷达设备性能影响显著。在高温环境下，设备内部元件易出现热稳定性下降，导致测量精度降低。高粉尘环境中，激光发射器和接收器的镜头容易被粉尘覆盖，影响激光信号的发射与接收，造成数据误差；而地下矿山的强电磁干扰，可能干扰设备的电子元件正常工作，引发设备故障，增加维护成本与工作风险。技术集成度低也是突出问题。当前激光雷达测绘技术与矿山工程常用的地理信息系统、矿山开采设计软件等集成困难，数据接口不统一，导致数据共享与交互不畅，无法实现多技术协同应用，难以充分发挥技术优势，限制了测绘成果在矿山工程全流程中的深度应用 。

2.2 成本与管理问题

机载激光雷达测量设备及技术投入费用高。一套水准较高的机载激光雷达设备成本可以达到上百万元，移动式激光雷达用于矿山内地下测量也需要数十万元，加上相关数据处理软件的购买、升级费用和设备维护费、校正费，矿山企业是面临比较大的经济成本。技术研发及人员培训投入大，进一步增加了使用费用。复合性人才较少限制了该项技术的应用。机载激光雷达测量技术涉及光学、电子、计算机等多个领域知识，矿山工程上既有该项技术原理，又能够熟练运用设备、数据处理分析并结合矿山实际情况加以应用的人才十分匮乏。

三、激光雷达测绘技术在矿山工程中的发展对策

3.1 加强技术研发与创新

对于数据处理方面存在的问题，要加强高校、科研机构及企业联合，共同研发高速高效的数据处理算法。研究基于深度学习的自动点云滤波算法，通过对大量的数据进行训练，让算法自动实现对噪声点的去除，实现自动筛选滤波，减少人因干预，提高处理效率；研究轻量级的三维建模方法，对模型数据结构进行优化，减少对硬件的要求，使模型的渲染和分析实现高速处理。在适用设备研发方面，加强高耐温、耐粉尘、抗电磁干扰等特殊环境适用设备的研发力度。在增强技术集成性方面，要打造统一的数据接口平台。研发数据通用数据接口转换器，实现激光雷达测绘数据与GIS、矿山开采设计软件等系统之间的数据直接对接。

3.2 优化成本管理

国家可以从政策上扶持，给予专项资金扶持，对于企业购置激光雷达测绘仪器进行一定的补贴购买；可以通过减税的办法来减轻企业购买设备的服务和应用开支，比如免征部分研发和提供的服务的增值税；鼓励通过低贷款利率向企业发放贷款，减轻企业开支负担。企业自身需要将所购设备按照实际情况来进行合理化选购。

3.3 完善人才培养体系

高等院校在有关专业比如测绘工程专业、地理信息科学相关专业开设激光雷达测绘技术课程，联系矿业工程实际，完善教学课程内容，更新教学课程案例，提高课程教学水平；完善学生激光雷达测绘实验，开展实训、实习教学活动，提高学生实际操作和创新能力，为未来就业打下坚实基础。矿业企业也需要加强内部人员技术培训，需要安排相关技术培训，每月举办一次激光雷达相关培训如设备操作、激光雷达数据处理和分析等课程；聘请行业内专家进行技术授课，讲述业内新技术以及应用案例。也需要设置相关激励机制，对于技术娴熟并取得突出成绩的技术人员进行奖励激励，积极鼓励员工的技术学习热情。

结语

激光雷达测绘技术为矿山工程测绘带来了新突破，在提升测绘精度与效率、保障安全生产等方面成效显著。但目前仍面临技术瓶颈、成本高昂、人才短缺等挑战。持续推进技术创新，降低应用成本，完善人才培养机制，加强产学研合作，推动激光雷达测绘技术在矿山工程领域的深度应用，助力矿山行业智能化、安全化发展。

参考文献

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