激光雷達在無人機上的應用

我們知道的最常見用例是使用激光雷達系統(tǒng)導航的機器人和自動駕駛汽車。不過，最常見的應用是地理和大氣測繪。

幾十年來，美國地質調查局、美國國家海洋和大氣管理局和美國宇航局等組織一直在使用激光雷達繪制地球和太空地圖。氣候科學家用它來探測大氣成分，研究云層和全球變暖等問題；海洋學家用它來追蹤海岸侵蝕，植物學家用它來測量地球上不斷變化的森林格局。

傳統(tǒng)上，LiDAR 傳感器安裝在直升機、飛機和衛(wèi)星上，用于繪制大片地面地形圖。然而，隨著現(xiàn)代無人機功能越來越豐富，有效載荷能力越來越強，空中 LiDAR 系統(tǒng)現(xiàn)在更加普及，應用范圍廣泛，包括結構檢查、農業(yè)和搜索救援等。

激光雷達無人機技術最重要的應用之一是測繪領域。借助激光雷達無人機，測量員可以快速準確地捕獲大面積區(qū)域的數(shù)據(jù)，包括地形、建筑物和基礎設施。這些數(shù)據(jù)可用于創(chuàng)建詳細地圖、識別潛在危險并高精度地規(guī)劃施工項目。

測繪

測量任務通常需要 LiDAR 系統(tǒng)來收集三維測量數(shù)據(jù)。它們可以創(chuàng)建特定景觀的數(shù)字地形 (DTM) 和數(shù)字高程模型 (DEM)。其中一個用例是幫助考古學家發(fā)現(xiàn)古代遺址。觀看上面的視頻，史密森尼學會解釋了如何使用 LiDAR 在中美洲茂密的叢林中發(fā)現(xiàn)吳哥窟的一座隱藏城市。 

LiDAR 在測量中的其他一些應用包括：

l農業(yè)制圖可捕捉土壤狀況和作物數(shù)據(jù)，從而最 大限度提高產量

l采礦作業(yè)測量礦物分布

l大型建筑項目地形測繪

l追蹤自然資源

l測量城市規(guī)劃道路 

使用基于無人機的激光雷達，測量員可以快速高效地高精度地繪制大面積土地的地圖。無人機可以飛越該區(qū)域并捕獲數(shù)百萬個數(shù)據(jù)點，然后對其進行處理以創(chuàng)建地形的詳細 3D 模型。該模型可用于識別潛在危險、規(guī)劃基礎設施并監(jiān)測隨時間的變化。

農業(yè)和林業(yè)

隨著技術助力農業(yè)和人們不斷追求提高產量，農業(yè)格局發(fā)生了巨大變化。農業(yè)無人機可用于精準農業(yè)、高效施肥和優(yōu)化田間管理等多種用途。無人機還可用于繪制區(qū)域地圖并產生新的見解。所有這一切的關鍵之一是 LiDAR 技術，它可以穿透植被和其他障礙物，可用于繪制森林和其他自然區(qū)域的地圖。通過測量樹木的高度和密度，可以使用激光雷達來監(jiān)測森林的健康狀況。這些信息可用于識別存在野火或其他環(huán)境威脅風險的區(qū)域。激光雷達還可用于監(jiān)測河流和湖泊的水位，有助于預測洪水或干旱。

礦業(yè)

無人機為采礦作業(yè)提供了一系列好處，包括能夠獲得其他方式難以獲得的獨特視角。傳統(tǒng)的測量方法需要大量設備，工人還需要穿越危險的地形來收集數(shù)據(jù)。如今，有許多方法可用于捕捉航拍照片、視頻片段和測量數(shù)據(jù)。這些方法包括地形、熱成像和植被成像，以及先進的基于激光雷達的掃描技術。 

建造

激光雷達無人機越來越多地用于建筑行業(yè)，以創(chuàng)建建筑工地的精 確 3D 模型。通過使用激光雷達無人機，建筑公司可以快速準確地評估現(xiàn)場，識別潛在問題并創(chuàng)建更準確的成本估算。這可以提高建筑項目的效率并降低成本。

結構檢查

LiDAR 系統(tǒng)讓人類無需冒險進入危險的地方，從而確保電力線、管道、建筑物、橋梁和其他基礎設施結構檢查的安全。與其他傳感器結合使用時，配備 LiDAR 的無人機可以幫助識別結構中的熱點，使檢查人員能夠盡早發(fā)現(xiàn)問題并采取必要措施防止故障。

LiDAR 提供的高分辨率數(shù)據(jù)使地面技術人員能夠快速高效地檢測電力線、渦輪機、管道和其他工業(yè)設備的損壞情況。LiDAR 無人機可大幅節(jié)省工時和檢查成本，使企業(yè)能夠進行有效的預測性和預防性維護。

搜索和救援

LiDAR 傳感器能夠高效地繪制地表，這種獨特的能力有助于高效地開展搜救行動。安裝在無人機上后，這些傳感器可以探測到任何地形上的人類，并幫助救援人員確定失蹤人員的位置。由于 LiDAR 傳感器不需要陽光來捕獲數(shù)據(jù)，因此配備 LiDAR 的無人機在夜間開展救援行動變得更加容易。

科學與教育

激光雷達無人機還用于科學和教育環(huán)境，以研究和繪制環(huán)境地圖。通過使用激光雷達無人機，科學家和研究人員可以創(chuàng)建高分辨率的生態(tài)系統(tǒng)地圖，研究環(huán)境隨時間的變化，并確定需要保護的區(qū)域。例如，激光雷達無人機還用于考古學，繪制和研究古代遺址。通過使用激光雷達無人機，考古學家可以創(chuàng)建詳細的遺址地圖，這可以幫助他們更好地了解古代建筑的布局和結構。

激光雷達與無人機攝影測量

說到航空測繪，主要有兩種方法：激光雷達和攝影測量。這兩種技術各有優(yōu)缺點，在選擇用于您的項目的技術時，了解它們之間的差異非常重要。

雖然最 佳數(shù)據(jù)集通常同時使用 LiDAR 和攝影測量，但并非所有項目都需要使用這兩種技術。對于需要高精度測量的項目，LiDAR 是最 佳選擇，盡管這取決于要捕獲的站點。另一方面，攝影測量是資產檢查和生成具有紋理的參考模型的首 選方法。

但是，在某些情況下，只要正確執(zhí)行數(shù)據(jù)收集和處理工作流程，同時使用這兩種技術可以產生最 佳效果。但需要注意的是，攝影測量可能不適合涉及樹冠或草地的項目，因為這些特征會對數(shù)字高程模型產生重大影響。

因此，攝影測量最適合人造結構或裸地項目。無論如何，添加 LiDAR 可以為資產檢查提供豐富的細節(jié)，包括實際數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)。

以下是兩種方法之間的一些主要區(qū)別：

激光雷達

激光雷達無人機發(fā)射激光脈沖，這些脈沖從地面反射回無人機，形成包含數(shù)百萬個數(shù)據(jù)點的點云，可用于創(chuàng)建高精度 3D 地圖。激光雷達特別適合繪制地形復雜的區(qū)域，例如森林、山脈和城市環(huán)境，而攝影測量法可能難以捕捉到所有必要的數(shù)據(jù)。

攝影測量

另一方面，攝影測量使用相機從不同角度捕捉地形的重疊圖像。然后將這些圖像拼接在一起以創(chuàng)建地形的 3D 模型。攝影測量無人機配備了高分辨率攝像頭，可以捕捉地面的詳細圖像。攝影測量特別適用于快速高效地繪制大面積地圖，例如農田或建筑工地。

激光雷達有多準確？

激光雷達的精度取決于幾個因素，包括所使用的激光雷達系統(tǒng)的類型、環(huán)境和被測量的目標。

LiDAR 傳感器可提供相對于傳感器 0.5 至 10 毫米的出色測距精度，以及高達 1 厘米水平（x、y）和 2 厘米垂直（z）的測繪精度。這些令人印象深刻的功能使 LiDAR 成為測繪應用的寶貴遙感工具。

LiDAR 能看穿墻壁嗎？

簡短的回答是“不”，LiDAR 無法穿透墻壁。LiDAR 傳感器發(fā)射的激光束會被路徑上的物體反射，但無法穿透墻壁或天花板等固體材料。因此，如果物體或表面被墻壁遮擋，LiDAR 傳感器將無法檢測到它。但是，這有一些注意事項。雖然 LiDAR 無法穿透墻壁，但它仍然可以檢測到墻壁后面的某些特征。例如，如果墻上有窗戶或門，LiDAR 傳感器可能能夠檢測到開口的輪廓和形狀，以及透過它可見的任何物體。同樣，如果墻壁上有縫隙或裂縫，LiDAR 傳感器可能能夠檢測到它們后面的某些特征。另一個需要考慮的重要問題是，一些 LiDAR 傳感器設計為以不同的波長運行，這會影響它們穿透某些材料的能力。例如，一些 LiDAR 傳感器使用紅外光，可以在一定程度上穿透植被和樹葉。然而，即使在這些情況下，LiDAR 傳感器也無法透過實體墻壁或其他障礙物。

LiDAR 可以在黑暗中工作嗎？

LiDAR 可以在低光條件下工作，但不能在完全黑暗的環(huán)境中工作。如果根本沒有環(huán)境光，激光脈沖將無法檢測到任何物體。

然而，許多 LiDAR 系統(tǒng)都配備了額外的傳感器，例如攝像頭或紅外傳感器，這有助于在低光條件下提供更多信息。例如，一些 LiDAR 無人機配備了熱像儀，它可以檢測熱信號并幫助識別物體，即使在完全黑暗的環(huán)境中也是如此。

概括

可能性是無限的。無論天氣條件如何，都能以高分辨率精 確繪制環(huán)境地圖，這使得 LiDAR 傳感器成為不可或缺的資產。當這些傳感器與無人機集成時，一系列以前被認為是昂貴的新應用變得更加實惠。