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激光雷達技術在哪些領域有廣泛應用?

更新時間:2021-01-22 點擊次數:2819
目前,激光雷達以其優(yōu)良的技術性能,已經發(fā)展成既可“上九天”拍攝月球三維圖像,又可“下五洋”進行水下探測和建模的探測雷達。其典型應用包括:
 
⒈ 調查監(jiān)測方面的應用
 
⑴林業(yè)調查:環(huán)境監(jiān)控、森林土地管理、生物研究都需要及時地掌握森林植被信息。傳統技術無法獲取樹高與森林密度值,激光雷達可以通過記錄完整回波波形(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云數據,進行單木高度估測。
 
⑵水域監(jiān)測:激光雷達已被用于海水深度測量和海浪波高觀測,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行測量。同時,激光雷達對于河流、湖泊的水量監(jiān)控和水患治理也有重要的作用,利用激光雷達產生的三角網高程三維模型,可直觀顯示洪水的覆蓋范圍,測算出水位淹沒區(qū)域面積和水體體積,預測危害程度,采取有效措施進行救援。通過對比激光點云數據還可以監(jiān)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(jiān)測儀器,已經在大氣探測和氣象監(jiān)測中廣泛應用于大氣溫度、濕度、風速、能見度、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空分辨率,激光波長為微米量級時,可以實現對微粒目標探測,能夠對大氣的垂直結構和成分構成進行有效分析。通過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生的多普勒頻移,能夠反演和預測空間風速分布信息。
 
⒉ 建模與測繪方面的應用
 
⑴地質測繪:激光雷達測量精度要優(yōu)于傳統測量方法,所提供的地面點云數據,可詳細反映出所測地物的立體形態(tài),實現三維建模,滿足高精度影像微分糾正的需要。同時,激光雷達真正實現了非接觸式測量,減少了野外作業(yè)量,擺脫了數字攝影測量平臺的限制,降低了地質測繪成本。
 
⑵數字城市建模:激光雷達在城市場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,可以將2D的數字城市“升級”為3D數字城市,更直觀和真實地還原城市場景。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。利用點云數據對城市三維建模,可以進一步應用于道路、水電管網的立體化規(guī)劃,以及通過軟件對城市噪音分布、風場流向、熱島效應進行詳細分析,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,利用激光對淹沒在水中的目標進行搜索、跟蹤、控制、通信、定位、識別和分類。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,開始應用激光雷達采集文物古跡的三維數據,建立相關數據庫,輔以計算機技術,實現珍貴文物的三維虛擬再現。與實物文物的*性不同,數字文物可以無限共享,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:將激光雷達技術已經越來越廣泛地應用于電力、石油管網、公路、鐵路等大型工程測量中。工程初期,通過激光雷達對整個施工帶域內的地勢走向和植被分布進行探測,得到三維數據。不但便于宏觀立體式的規(guī)劃設計,還可以對施工土方的面積、體積和砍伐樹木的木材量估算,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(qū)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行測量和分析。例如: 尼日爾某原油管道施工工作中,沿線城鎮(zhèn)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行勘測。
 
激光雷達可以實時、地掌握目標地域的宏觀場景和細節(jié)變化,也被應用在線路和管網巡檢和維護中,利用高精度三維點云數據,分析查找細微變化,預先找到潛在事故點,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行監(jiān)測,能夠實時、、直觀地反映現場情況,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:激光雷達以其質量輕、體積小、精度高的特點,為各國航天部門所關注,大力進行研發(fā),在人類探索地外空間的進程中發(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行三維“掃描”,得到了月面的三維立體信息,為進一步探索月球做好了前期數據準備工作。
 
⑶自動導航、障礙規(guī)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-擬合等相關算法識別目標特征,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,近年來在障礙物判斷、路面識別、定位及導航等諸多方面得到廣泛應用。2010年,谷歌推出無人駕駛系統,在公路實測的22.5萬公里中,從未有過失控或造成人畜傷害的事故發(fā)生。
 
⒋醫(yī)學方面的應用
 
激光雷達以其三維測量定位和生物特性識別能力,已經在部分醫(yī)學領域得到應用。美國橡樹嶺國家實驗室( 簡稱ORNL)為減輕燒傷病人治療中的痛苦,將激光治療技術與激光雷達相結合,利用激光雷達進行三維定位探測,分析燒傷組織的損害程度,從而引導激光自動消除壞死的人體組織,利于新生細胞組織生長。同時,激光雷達也在五官整形、假肢設計以及人體生物特征監(jiān)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,其在民用領域的實際應用,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測量、戰(zhàn)場偵察、軍用目標識別、火力控制、水下探測、局部風場測量等。而當基礎材料、輻射材料、快速跟蹤定位和成像技術等方面研究取得重大突破后,也必將首先應用于*事。

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