高效扫雷，安全无忧：无人机激光雷达技术的神奇力量

英国的地雷清除慈善组织The HALO Trust与Routescene合作，在安哥拉的Cuando Cubango省的Cuito Cuanavale进行了一项UAV Lidar项目。这个案例研究展示了UAV Lidar在检测和绘制地雷场特征方面的优势，这可作为制定清除计划的基础。这些结果可以使清除工作更加安全，并通过有针对性的方法加速清除。

地雷不分青红皂白地伤害和杀害了数不清的动物和多达每年5,000人，使栖息地无法进入或使用，毁掉了生命和生计。全球至少有60个国家和地区受到地雷污染，无论是由于过去的遗留问题还是由于最近或正在进行的冲突的后果，例如在乌克兰和其他地区。清除地雷是一个耗时费力的过程，迫切需要加速全球范围内的地雷清除。

在安哥拉，地雷是1975年至2002年的内战的遗留，Cuando Cubango省（图1）经历了一些最激烈的战斗，而Cuito Cuanavale之战是该战争中规模最大的冲突。在冲突期间，双方都进行了广泛的布雷，导致了多个地雷场的出现。其中一些长度达20-30公里，包括混合威胁的反车辆（AV）和反人员（AP）地雷带，继续对当地社区构成致命威胁（图2）。

为了支持从2005年开始的Cuito Cuanavale的清除行动，The HALO Trust试验了使用无人机（UAV）进行远程传感，包括热红外（TIR）和RGB摄像机，以识别未爆炸的弹药（UXO）。然而，指示AV和AP地雷存在的冲突迹象，例如壕沟、掩体或弹坑，现在已被植被覆盖，不再从地面或通过搭载在UAV上的RGB或TIR传感器的空中可见。因此，需要另一种检测方法。由于UAV Lidar技术能够穿透植被并允许调查团队绘制一个区域并预测地雷线的可能位置，因此UAV Lidar被确定为可能的解决方案。

苏格兰的初步验证

总部位于苏格兰的UAV Lidar系统和软件制造商Routescene以及The HALO Trust首次于2020年在本地进行了测试，以确认UAV Lidar是否能够有效绘制后期处理软件中可识别的战场遗迹。找到了一个适当覆盖植被的地点，模拟了安哥拉地区的条件。生成的数字地形模型（DTM）轻松地识别了模拟的弹坑（图3）。这证实了UAV Lidar将能够在安哥拉定位和绘制战场遗迹。

安哥拉项目

该调查项目的目标是检测战场特征，包括主战壕、通信战壕、散兵坑（一人防御性位置）、弹坑（浅坑，可让士兵躲避炮弹爆炸和小火器射击）以及爆炸留下的坑洞。为安哥拉项目选择了三个已知或被怀疑有战场特征的地点：

• A地点：位于Cuito Cuanavale以北西100公里的Longa村外的废弃军事基地。
• B地点：距Cuito Cuanavale东9公里的一条大规模防御地雷线以及相关的壕沟。
• C地点：位于Cuito Cuanavale东南25公里处的废弃军事基地。

这三个地点的地形在高程方面是相似的，都相对平坦。但植被覆盖程度差异较大。A地点和C地点有浓密的树木覆盖，而B地点有轻度树木和灌木覆盖。

设备和软件

为了这个项目，定制了一个UAV Lidar系统，包括一个16通道的Lidar传感器，每秒可以采集约60万个点，一个GNSS/INS传感器，以及可以捕捉12小时数据的数据存储。该系统设计成可以抵抗飞行中的振动和用户操作，不需要移动或互联网连接，因此提供了操作的自主性和数据安全性。为了确保数据尽可能准确，还收集了GNSS数据以进行后处理轨迹。UAV Lidar系统安装在一台六旋翼飞行器上，可以提升大约5公斤的有效载荷，飞行时间约为15分钟（图4）。

数据收集的挑战

在A地点和B地点，Lidar数据在离地面40米的高度（AGL）进行了采集，每个地点的采集时间为一天。在C地点，数据在50米AGL处进行了三天的采集。之所以

选择更高的高度是因为该地区的大小和时间限制。此外，A地点和B地点是在植被覆盖较少的干季（2021年8月）进行调查的。C地点是在雨季（2022年4月）进行的，此时植被覆盖最多。

实际挑战包括缺乏适合的无人机起飞和降落地点，以及放置基站的困难。在A地点和B地点，附近的感兴趣区域附近有破坏性的路径和清除的土地可供使用。相比之下，C地点受到周围未清除地区的限制，其中包含地雷，可能危及调查团队。因此，清除后的窄沙质道路被用作无人机起飞和降落点，并用于设置基站。这意味着有时需要移动设备以让车辆通过（图5）。

结果

使用Routescene的LidarViewer Pro软件处理原始的Lidar数据，以创建和导出每个地点的DTM，以供在ArcGIS Pro中分析。在矿线有大间隙或方向急剧改变的地方，UAV Lidar数据被用来分析地雷爆炸造成的弹坑的位置，这些弹坑通常是由动物事故和野火引起的，可以指示地雷线的位置。从Lidar数据创建的DTM的分析显示，UAV Lidar可成功用于在所有三个地点检测战场特征。

A地点：A地点的卫星图像显示历史军事基地的迹象不多。虽然可以看到一个通道，但无法识别其他特征。由于缺乏安全的通道，只完成了部分UAV Lidar调查。然而，当将UAV Lidar数据叠加到卫星图像上时，多个特征变得明显。主要特征是原来的基地周围的防御主战壕，以及内部主战壕的西北侧分支的通信战壕（图6）。总共识别了40米通信战壕和496米主战壕。

另外还识别了24个特征点：10个散兵坑沿主战壕内侧挖掘以作为防御性位置；九个类似弹坑的特征位于基地内部，另外两个位于通信战壕附近（这些被怀疑是弹坑）；以及六个类似弹坑的特征位于主战壕外（不太可能是AV地雷，因为该位置没有发现任何AV地雷，因此这些可能是弹坑）。

这些特征的类型经过地面任务进行了确认，只有在可访问性和植被覆盖允许的情况下才能进行。散兵坑的平均深度和宽度（分别为0.58米和2.36米）以及怀疑的弹坑（分别为0.77米和2.38米）相似，表明它们是相同类型的特征。然而，怀疑的弹坑之所以被识别为一个独立的特征，是因为它们不位于散兵坑的典型位置和模式中。

B地点：由于这个地点植被茂密，难以在野外访问期间看到壕沟系统的残留物。B地点较轻的植被覆盖意味着卫星图像中有主战壕遗迹的轻微迹象。然而，其他特征是不可见的。UAV Lidar数据的分析识别出了多个特征，包括更大范围的主战壕、通信战壕、散兵坑和怀疑的弹坑（图7）。

总共识别了500米主战壕和281米通信战壕，以及34个散兵坑和两个怀疑的弹坑（可能是由爆炸的弹药引起，但不太可能是AV地雷）。由于这些怀疑的弹坑位于未清除区域，无法访问它们来确认它们的确切性质。怀疑的弹坑的宽度平均为5.85米，深度为0.65米，散兵坑的平均深度为0.67米，宽度为2.54米。尽管卫星图像中的大部分痕迹可见，但UAV Lidar数据显示了额外的历史痕迹。这些信息被用于确定可能的安全通道通往该地点。

C地点：这个地点显示出在之前的军事基地内部部署AP地雷的迹象，并且被怀疑至少有一个战壕和多个散兵坑。然而，由于植被茂密，无法从卫星图像或地面识别怀疑的战场特征的位置。

UAV Lidar数据显示出原来的基地周围的两个战壕系统以及通信战壕的迹象（图8）。数据显示出沿着两条战壕线的157个类

似弹坑的特征，被认为是散兵坑，因为它们紧邻战壕并具有规律的间距。数据还突出显示了战壕系统中的缺口，这可能是由于时间内土壤填充平整了战壕内的地面，或者雨水积在战壕中，阻止了Lidar脉冲到达底部。

尽管战壕数据是不完整的，但内部战壕两端的散兵坑的持续存在表明，战壕曾经继续形成一个圆形的内部战壕系统。总共识别出这个地点1,429米的主战壕（外战壕828米，内战壕601米）、73米通信战壕和157个散兵坑。散兵坑平均深度为0.80米，宽度为2.81米。

结论

遥感技术是传统的地雷领域调查技术的补充，因为它提供了其他方式无法获取的信息。在The HALO Trust在安哥拉的地雷清除行动中，UAV Lidar数据输出（结合地面的情境知识）提供了有价值的信息，以补充传统的调查操作。在所有调查的地点，UAV Lidar数据提供了关于战壕、弹坑和散兵坑的证据，这些特征在卫星图像、RGB/TIR图像或从地面仅能部分看到或根本看不到。因此，该项目证明了UAV Lidar可以成功用于检测可能是布雷迹象的战场特征，尤其是当这些战场特征被植被掩盖时。这些证据随后可以用于创建有针对性的清除计划，使清除工作更快速和更安全。

致谢

The HALO Trust要感谢匿名的私人捐赠者，感谢他们在安哥拉的UAV试验方面的极其慷慨的支持，以及他们对地雷行动创新的承诺；没有他们的帮助，这个项目将不可能。也感谢Routescene提供UAV Lidar系统、软件培训和自2020年以来的持续支持。最后，感谢The HALO Trust安哥拉项目的Claire Lovelace和Siân McGee，他们在现场和数据分析期间一直提供支持。