浅谈激光雷达在废弃矿山生态修复中的应用

宋建伟，邢艳英，侯 双

（1.河北省地质环境监测院，河北 石家庄 050021；2.河北省水文工程地质勘查院，河北 石家庄 050021）

激光雷达的特点是测量精度高、穿透力强、抗干扰能力强。在多个领域都有激光雷达应用的足迹[1]。在进行自然资源监测时，采用激光雷达可以将传统遥感技术的缺陷补足，能够提升废弃矿山生态修复质量，利用激光雷达可以快速采集废弃矿山的环境信息，为生态修复提供基础保障。所以有必要研究激光雷达在废弃矿山生态修复中的应用。

1 激光雷达在废弃矿山生态修复中的优势

1.1 技术原理

如果想要将激光雷达的作用发挥，必须先研究其工作原理。激光雷达主要是借助于激光测距技术对工作区域内的环境信息进行探测，收集环境信息。激光束是激光雷达探测时的主要媒介，在探测过程中能够获得目标数据，让后将数据整理生成精确模型[2]。在利用激光雷达技术探测废弃矿山环境时，可以掌握目标空间位置，并能够给出非常精确的探测数值，是一种高效的遥感技术。如果按照激光雷达工作方式进行分类，可以将激光雷达分为三类。第一类是脉冲式激光雷达，这种激光雷达应用广泛；第二类相位式激光雷达，这种激光雷达优势明显；第三类是光学三角式激光雷达，这种激光雷达精度高。在进行废弃矿山生态修复时，使用频次较高的则是脉冲式激光雷达，由于在工作时激光雷达所处的平台、位置存在差异性，所以这种激光雷达的种类选择也有所不同。首先是机载激光雷达，这种类型的激光雷达系统主要由位置姿态系统、机载平台控制系统、激光测距系统等组成[3]。采用机载激光雷达进行测量时能够快速地将所需数据获取，而且所得数据的精度相对较高，采用机载激光雷达对目标区域进行扫描定位，最终所得数据的绝对精准度小于10cm，而且这种机关雷达可以在6000米高空进行作业。所以很多情况下机载激光雷达系统所带来的价值更高。其次是地基激光雷达，移动式与固定式最为常见。移动式地基激光雷达作业时需要借助于车辆，车辆在行驶时能够对目标区域进行扫描，并获得数据。此外，借助于固定式地基激光雷达测定目标区域信息时，需要在固定地方安装雷达装置，然后扫描目标区域并获取数据，这中雷达主要由数码相机、激光扫描仪、笔记本电脑、电源组成。借助于地基激光雷达进行检测，其最大的特点是野外操作性能强，可以对目标区域进行快速检查，并获取相关数据[4]。所以，在废弃矿山生态修复中这种雷达的使用频次相对较高。第三种是便携式激光雷达，顾名思义，这种雷达的优点在于携带便捷，能够快速测量目标区域，操作起来十分灵活方便，不过这种激光雷达的测量精准度十分有效，在一些规模大的废弃矿山中应用缺陷明显。

1.2 应用适宜性

由于进行废弃矿山生态修复是一项十分复杂的工作，这项工作的特点是多样性等，在进行修复时，需要做好生态调查、生态监测以及生态修复等多项复杂工作，而且这些工作所涉及到的分支内容较多。因此，需要现金的技术作为支撑，而在生态修复过程中，采用激光雷达能够满足修复工作的需求，激光雷达的应用适宜性非常强，具体内容如下。首先，能够精确地量废弃矿山生态信息收集整理，这种技术比传统遥感技术更具优势，采用激光雷达系统可以将废弃矿山高密度点云数据收集整理，并通过这些数据建立三维模型，这样能够有效地将矿山土地损毁类指标掌握，而且所获的数据精度能够满足预期要求。其次，激光雷达技术的另一个优势在于植被垂直结构信息收集的质量更高，可以将传统遥感技术在获取植被水平结构信息时所体现出的不足完善，大大拓展了数据采集范围。总体来看，在弥补传统遥感技术缺陷上，激光雷达的优势明显，所以在废弃矿山生态修复过程中可以将激光雷达应用。

2 激光雷达在废弃矿山生态修复中的应用

2.1 收集生态指标

首先，可以将植被覆盖度指标提取。采用激光雷达能够有效地收集废弃矿山生态植被指标，在激光雷达工作是，主要以两种方法对目标区域的植被覆盖度数据进行收集，第一种方式是运用CHM直接将所需数据收集整理，第二种方式是对三维点云数据归纳整理，分析出目标区域的植被覆盖度。其次，能够对植被破坏面积进行计算[5]。在一些实例研究中，借助于激光雷达影像可以将目标区域的植被、非植被数据收集整理，捕获在细化区分地物上缺陷也十分明显。废弃矿山环境复杂，生态环境缺陷问题种类较多，所以很多时候，对废弃矿山植被情况进行了解时，需要获得最为精确的植被破坏面积，这时一般会将激光雷达与遥感技术结合应用，以此来进一步区分植被图斑，这可以大大提升数据的准确性。所以，在获取废弃矿山相关信息时，为了提升数据经确性，应该配合光学遥感技术一同应用，这大大提升了生态修复质量。

2.2 检测土地指标

在进行矿山开采时，所选择的开采方式不同，对于矿山生态环境造成的影响程度也不同，所以土地损坏指标也不同。在应用激光雷达技术后，可以进一步地对废弃矿山生态结构中的土地损毁指标进行检测，能够获得更多高密度检测数据指标，进而分析出废弃矿山土地损毁程度，使得决策者能够更为科学地制定修复方案[6]。其次，提取参数信息上，采用激光雷达技术也有着巨大的优势，通过激光雷达可以对目标区域进行扫描，并将目标三维点云数据收集起来，之后将收集的数据整理，通过去噪、拼接能够获得更为直观的数据，然后构建高精度DEM，进一步将废弃矿山土地损毁的各项数据获取。

此外，利用不同阶段收集到的点云数据所侯建出的DEM，能够分析土地损毁情况，将多个DEM叠加在一起进行综合性的分析，可以将土地损毁类中的一些突出性数据找出，然后动态地对这些数据进行监督管理，最终调整土地修复措施，使得土地修复的合理性得到凸显，只有确保土地结构的稳定性，才能够将修复工作开展下去，为修复工作提供稳定的环境。

2.3 提取土壤指标

首先，可以将水力侵蚀类指标获取。在大多矿上中，水土流失现象问题都十分严重。一般情况下，矿山开采活动主要以露天开采形式为主，这种开采形式所带来的问题是大量松散堆积物堆积在作业空间，所以很容易导致径流问题出现在这些堆积区域，径流问题持续加重，则会出现泥石流、滑坡、崩塌等地质灾害。虽然一些矿山也会以地下开采方式为主进行开采，但是也会导致地表出现变形问题，矿山地表面层坡度增大，也会引发以上灾害。所以，如果想要将废弃矿山生态修复工作做好，则应该首先解决水土流失问题。而在开展废弃矿山水土修复时，借助于激光雷达能够对目标区域的土壤信息进行收集，将收集的数据整合在一起，反映水土流失情况，并根据相应的数据信息模型提升修复方案，将多期DEM综合在一起对水土修复模型进行分析，能够更好地将水力侵蚀深度测算出来，然后修复人员则能够采取相应措施开展修复作业，这可以大大将滑坡、崩塌等问题减少。其次，能够对风力侵蚀类指标进行提取。很多情况下，废弃矿山风力侵蚀会演变为土地沙化问题，借助于激光雷达能够将各类风力侵蚀各类指标获取，然后结合高密度等高线信息对矿山土地沙化数据分析并建立其DEM模型，通过模型可以将沙丘长度、宽度等各类信息详细地掌握，然后对沙化问题进行综合分析，能够为解决沙化问题提供更多基本数据支撑，这大大增加了土壤修复治理，使得废弃矿山修复工作质量提升，大大增加了修复价值。

3 结语

总而言之，激光雷达技术的优势十分凸显，在废弃矿山生态修复中激光雷打起到了重要作用，可以将各项修复工作优化，获取更多修复数据，借助于激光雷达技术可以切实掌握废弃矿山的各项数据信息，帮助决策这科学地制定修复策略，这对于改善废弃矿山环境，促进人鱼自然和谐发展有着重要意义。所以在废弃矿山生态修复中，应该切实将激光雷达的作用发挥，使得更像修复工作有序开展。