激光雷达的种类是按照什么划分的?一文读懂!

激光雷达应用可分为机载和地面两种类型。

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  根据方向划分:

  激光雷达的方向可以是最低点、天顶或侧面。例如,激光雷达高度计往下看,大气激光雷达往上看,而基于激光雷达的防撞系统要往侧面看。

  根据平台划分:

  激光雷达应用可分为机载和地面两种类型。这两种类型需要根据数据用途、要捕获的区域大小、所需测量范围、设备成本等不同要求,使用不同规格的激光扫描仪。星载平台也是可能的,可以参考卫星激光测高。

  机载激光雷达

  机载激光雷达(也称机载激光扫描)是一种激光扫描仪,在飞行过程中连接到飞机上,创建一个3D点云地形模型。这是目前替代数字摄影测量法的最详细和准确的创建数字高程模型的方法。与摄影测量法相比,机载激光雷达的一个主要优势是能够从点云模型中滤除植被反射,从而创建一个数字地形模型,该模型表示被树木掩蔽的地表,如河流、道路、文化遗产地等。在机载激光雷达的范畴内,有时会在高海拔和低海拔应用之间进行区分,但主要区别是在较高海拔下获取的数据的准确性和点密度都降低了。机载激光雷达还可用于在浅水中创建测深模型。

  机载激光雷达的主要组成部分包括数字高程模型(DEM)和数字表面模型(DSM)。点和地面点是离散点的矢量,而DEM和DSM是离散点的插值栅格网格,这个过程还包括拍摄数字航空照片。为了解释深层滑坡,例如,在植被覆盖下,使用陡坎、张力裂缝或倾斜树木的变化,可以使用机载激光雷达。机载激光雷达数字高程模型可以穿透森林覆盖层,对陡坎、侵蚀和电线杆倾斜进行详细测量。

  机载激光雷达数据处理使用的工具箱称为激光雷达数据过滤和森林研究工具箱(TIFF),可用于激光雷达数据过滤和地形研究软件,使用该软件将数据插值到数字地形模型。激光指向要绘制地图的区域,通过从相应的数字地形模型高程中减去原始z坐标,计算出每个点的离地高度。基于此离地高度,可获得非植被数据,该数据可能包括诸如建筑物、电线、飞鸟、昆虫等之类的对象。其余点作为植被处理,用于建模和制图。在这些图中,激光雷达的指标是通过计算平均值、标准差、偏度、百分位数、二次平均值等统计数据来计算的。

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  机载激光雷达测深仪

  机载激光雷达测深技术系统包括测量信号从信号源到返回传感器的飞行时间。数据采集技术包括一个海底测绘组件、一个视频横断面和一个采样的地面真实度组件。它使用绿色光谱(532nm)的激光束工作。两束激光投射到快速旋转的反射上,形成一个点阵列。其中一根光束穿透水,并在有利条件下探测水的底面。

  所获得的数据显示了暴露在海底之上的陆地表面的全部范围。该技术非常有用,因为它将在主要的海床制图程序中发挥重要作用。该地图测绘出了陆地地形和水下高程。海底反射成像是该系统的另一种解决方案产品,有利于绘制海底生境图,这项技术已用于使用水文激光雷达对加利福尼亚水域进行三维图像制图。

  无人机现在正与激光扫描仪以及其他遥感器一起使用,作为扫描较小区域的一种更经济的方法。无人机遥感的可能性还消除了载人飞机机组人员在困难地形或偏远地区可能遭受的任何危险。

  地面激光雷达

  激光雷达的地面应用(也包括地面激光扫描)发生在地球表面,可以是静止的,也可以是移动的。静止地面扫描作为一种测量方法最为常见,例如在传统的地形、监测、文化遗产文献和法医学中。从这些类型的扫描仪获取的3D点云可以与从扫描仪位置获取的扫描区域的数字图像相匹配,以创建逼真的3D效果,与其他技术相比,能在相对较短的时间内建立模型。点云中的每个点都被赋予了像素的颜色,该像素来自于与创建该点的激光束处于相同角度的图像。

  移动激光雷达(也称为移动激光扫描)是指将两个或多个扫描仪连接到移动的车辆上,沿路径收集数据。这些扫描仪几乎总是与其他类型的设备配对,包括GNSS接收器和IMU。一个示例应用是测量街道,其中需要考虑电力线、准确的桥梁高度、边界树木等。与使用测速仪在野外单独收集这些测量数据不同,可以从点云创建一个三维模型,根据所收集数据的质量,在该模型中可以进行所需的所有测量。这就消除了忘记进行测量的问题,只要模型可用、可靠并且具有适当的精度水平。

  地面激光雷达制图涉及一个占用栅格地图的生成过程。这个过程包括一个划分成网格的单元阵列,当激光雷达数据落入相应的网格单元时,网格采用一个存储高度值的过程。然后,通过对单元值应用特定阈值来创建二进制映射,以便进一步处理。下一步是处理每次扫描的径向距离和z坐标,以确定哪些3D点对应于每个指定的网格单元,从而导致数据形成过程。

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