激光雷達技術(shù)在哪些領(lǐng)域有廣泛應用？

 

⒈ 調查監測方面的應用

 

⑴林業(yè)調查：環(huán)境監控、森林土地管理、生物研究都需要及時(shí)地掌握森林植被信息。傳統技術(shù)無(wú)法獲取樹(shù)高與森林密度值，激光雷達可以通過(guò)記錄完整回波波形(大光斑:10m到100m) 反演出森林的垂直結構與生物量；或是記錄少量的離散回波(小光斑:0.1m到1m)，利用高密度的激光點(diǎn)云數據，進(jìn)行單木高度估測。

 

⑵水域監測：激光雷達已被用于海水深度測量和海浪波高觀(guān)測，以及對水中所含浮游生物、透明度、鹽度、水溫和油污染等數據進(jìn)行測量。同時(shí)，激光雷達對于河流、湖泊的水量監控和水患治理也有重要的作用，利用激光雷達產(chǎn)生的三角網(wǎng)高程三維模型，可直觀(guān)顯示洪水的覆蓋范圍，測算出水位淹沒(méi)區域面積和水體體積，預測危害程度，采取有效措施進(jìn)行救援。通過(guò)對比激光點(diǎn)云數據還可以監測海岸侵蝕情況。

 

⑶大氣檢測：激光雷達作為一種的大氣和氣象環(huán)境監測儀器，已經(jīng)在大氣探測和氣象監測中廣泛應用于大氣溫度、濕度、風(fēng)速、能見(jiàn)度、云層高度、城市上空污染物濃度等測量。激光雷達具有更高的時(shí)空分辨率，激光波長(cháng)為微米量級時(shí)，可以實(shí)現對微粒目標探測，能夠對大氣的垂直結構和成分構成進(jìn)行有效分析。通過(guò)對相應波段激光在大氣氣溶膠粒子、分子和原子中發(fā)生米氏散射、瑞利散射、拉曼散射、熒光散射以及共振色散等效應的數據進(jìn)行反演，可以對大氣污染、大氣邊界層、空氣分子分析等方面的深入研究提供可靠的數據依據。此外，激光雷達利用激光的多普勒效應，可以測量激光在大氣傳播中產(chǎn)生的多普勒頻移，能夠反演和預測空間風(fēng)速分布信息。

 

⒉ 建模與測繪方面的應用

 

⑴地質(zhì)測繪：激光雷達測量精度要優(yōu)于傳統測量方法，所提供的地面點(diǎn)云數據，可詳細反映出所測地物的立體形態(tài)，實(shí)現三維建模，滿(mǎn)足高精度影像微分糾正的需要。同時(shí)，激光雷達真正實(shí)現了非接觸式測量，減少了野外作業(yè)量，擺脫了數字攝影測量平臺的限制，降低了地質(zhì)測繪成本。

 

⑵數字城市建模：激光雷達在城市場(chǎng)景中更能體現其數據采集密度大、分辨率高、不受陰影遮擋限制的優(yōu)勢。激光雷達數字地面模型DEM與GIS系統結合起來(lái)，可以將2D的數字城市“升級”為3D數字城市，更直觀(guān)和真實(shí)地還原城市場(chǎng)景。因此，激光雷達被廣泛應用于數字城市的三維建模、大型建筑物采樣等大比例尺地物數據獲取。利用點(diǎn)云數據對城市三維建模，可以進(jìn)一步應用于道路、水電管網(wǎng)的立體化規劃，以及通過(guò)軟件對城市噪音分布、風(fēng)場(chǎng)流向、熱島效應進(jìn)行詳細分析，以及城市災害分析和搶險救災指揮。

 

⑶水下探測及三維成像：水下激光雷達是激光雷達的一種，它主要利用藍、綠激光在海水中衰減小、穿透性好的特性，利用激光對淹沒(méi)在水中的目標進(jìn)行搜索、跟蹤、控制、通信、定位、識別和分類(lèi)。與陸地應用相同，將水下激光雷達與GPS定位系統()和慣性導航系統(INS)綜合運用，可以測量水下目標的三維信息，構建目標的三維模型。激光雷達不僅可以對海底地貌、島礁周邊海域測繪建模，在水下工程設計、施工、維護中也發(fā)揮著(zhù)十分重要的作用。

 

⑷文物古跡數字化：目前，國內外部分文物保護單位為完善文物古跡的研究、修繕、傳播手段，開(kāi)始應用激光雷達采集文物古跡的三維數據，建立相關(guān)數據庫，輔以計算機技術(shù)，實(shí)現珍貴文物的三維虛擬再現。與實(shí)物文物的*性不同，數字文物可以無(wú)限共享，更具傳播意義。高精度的文物三維信息也使文物的修復和仿制工作變得更加容易。

⒊ 探測與測量方面的應用

 

⑴帶狀工程探測：將激光雷達技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越廣泛地應用于電力、石油管網(wǎng)、公路、鐵路等大型工程測量中。工程初期，通過(guò)激光雷達對整個(gè)施工帶域內的地勢走向和植被分布進(jìn)行探測，得到三維數據。不但便于宏觀(guān)立體式的規劃設計，還可以對施工土方的面積、體積和砍伐樹(shù)木的木材量估算，合理制定施工計劃、調配施工資源。尤其，在地形繁雜、地域跨度大，施工地區生活保障條件差、危險程度高等不適宜人工作業(yè)的情況下，更適宜使用激光雷達進(jìn)行測量和分析。例如: 尼日爾某原油管道施工工作中，沿線(xiàn)城鎮少，可用交通資源不足，工程地域疾病頻發(fā)，常有反政府武裝襲擊，為解決工程前期勘測難題，就采用了機載激光雷達進(jìn)行勘測。

 

激光雷達可以實(shí)時(shí)、地掌握目標地域的宏觀(guān)場(chǎng)景和細節變化，也被應用在線(xiàn)路和管網(wǎng)巡檢和維護中，利用高精度三維點(diǎn)云數據，分析查找細微變化，預先找到潛在事故點(diǎn)，方便了維護管理和應急搶修。在工程搶修中應用激光雷達對施工精度進(jìn)行監測，能夠實(shí)時(shí)、、直觀(guān)地反映現場(chǎng)情況，提高了施工安全性和工程作業(yè)效率。

 

⑵航天工程中的應用：激光雷達以其質(zhì)量輕、體積小、精度高的特點(diǎn)，為各國航天部門(mén)所關(guān)注，大力進(jìn)行研發(fā)，在人類(lèi)探索地外空間的進(jìn)程中發(fā)揮了巨大作用。中國的嫦娥探月工程中就使用激光雷達對月球表面進(jìn)行三維“掃描”，得到了月面的三維立體信息，為進(jìn)一步探索月球做好了前期數據準備工作。

 

⑶自動(dòng)導航、障礙規避：激光雷達可以快速地獲取環(huán)境的深度信息，抗干擾能力強，而且受環(huán)境變化的影響小，通過(guò)激光定向或全向掃描，能夠采集的有效信息?；诩す饫走_探測數據，應用聚類(lèi)－擬合等相關(guān)算法識別目標特征，完成對道路的提取、障礙感知和臨近目標的檢測。激光雷達因分辨率高、成本低的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在障礙物判斷、路面識別、定位及導航等諸多方面得到廣泛應用。2010年，谷歌推出無(wú)人駕駛系統，在公路實(shí)測的22.5萬(wàn)公里中，從未有過(guò)失控或造成人畜傷害的事故發(fā)生。

 

⒋醫學(xué)方面的應用

 

激光雷達以其三維測量定位和生物特性識別能力，已經(jīng)在部分醫學(xué)領(lǐng)域得到應用。美國橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室( 簡(jiǎn)稱(chēng)ORNL)為減輕燒傷病人治療中的痛苦，將激光治療技術(shù)與激光雷達相結合，利用激光雷達進(jìn)行三維定位探測，分析燒傷組織的損害程度，從而引導激光自動(dòng)消除壞死的人體組織，利于新生細胞組織生長(cháng)。同時(shí)，激光雷達也在五官整形、假肢設計以及人體生物特征監測等方面得到應用和研究。

 

⒌*事方面的應用

 

激光雷達具有很多的優(yōu)點(diǎn)，其在民用領(lǐng)域的實(shí)際應用，很多都可以直接或間接用于*事用途。例如，激光雷達可以用于靶場(chǎng)測量、戰場(chǎng)偵察、軍用目標識別、火力控制、水下探測、局部風(fēng)場(chǎng)測量等。而當基礎材料、輻射材料、快速跟蹤定位和成像技術(shù)等方面研究取得重大突破后，也必將首先應用于*事。