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激光雷達(dá)英文簡(jiǎn)稱：Laser Radar/LADAR/LIDAR(Light Detection and Ranging)，其實(shí)現(xiàn)基本原理與傳統(tǒng)的毫米波雷達(dá)類似，通過(guò)向目標(biāo)發(fā)射激光脈沖，并測(cè)量激光脈沖從發(fā)射到接收的時(shí)間差，從而計(jì)算出目標(biāo)的距離。根據(jù)掃描方式的不同，激光雷達(dá)可以分為機(jī)械式、半固態(tài)式、固態(tài)式。目前從車載領(lǐng)域到測(cè)量測(cè)繪領(lǐng)域，最常接觸和應(yīng)用落地最多的激光雷達(dá)往往都是機(jī)械掃描式，原因在于機(jī)械激光雷達(dá)技術(shù)相對(duì)成熟，各類測(cè)試認(rèn)證流程相對(duì)簡(jiǎn)單，然而其也存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性較差等缺點(diǎn)。

作為最新的激光雷達(dá)技術(shù)路線，全固態(tài)Flash激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，集成度最高。Flash激光雷達(dá)通過(guò)高密度的激光源陣列，像手電筒一樣，能在短時(shí)間內(nèi)發(fā)射出覆蓋一片區(qū)域的激光，并用高靈敏度的接收器來(lái)構(gòu)建三維圖像，從而可以創(chuàng)建用于各種應(yīng)用領(lǐng)域的高分辨率數(shù)字表面、地形和高程模型。

圖1 【圖源網(wǎng)絡(luò)，侵刪】

在過(guò)去十年中，無(wú)人機(jī)作為小型化的無(wú)人設(shè)備，在環(huán)境測(cè)繪監(jiān)測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展迅速。通過(guò)在無(wú)人機(jī)上增加Flash全固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)，可以在測(cè)繪監(jiān)測(cè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高精度、實(shí)時(shí)化檢測(cè)。

激光雷達(dá)系統(tǒng)收集和映射探測(cè)對(duì)象的詳細(xì)信息，生成精確的3D點(diǎn)云信息，而后通過(guò)后端建立各類物理模型例如房屋、植物、樹木、建筑物、堤防等基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的數(shù)據(jù)孿生。

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激光雷達(dá)搭載無(wú)人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

1.緊急救援現(xiàn)場(chǎng)

激光雷達(dá)是一種主動(dòng)光源系統(tǒng)，使用紫外光、近紅外光不需要外部光源，就可以對(duì)物體進(jìn)行成像的有效映射，因此即使在無(wú)光條件下仍然可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。例如，在夜間監(jiān)測(cè)洲際堆積時(shí)，可以輕松部署配備激光雷達(dá)的無(wú)人機(jī)單次通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)。

作為基于無(wú)人機(jī)的解決方案，可以即時(shí)返回具有可見細(xì)節(jié)的準(zhǔn)確信息，作為現(xiàn)場(chǎng)決策的信息來(lái)源。通過(guò)高精度的3D模型數(shù)據(jù)，工作人員可以通過(guò)非物理接觸實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的立體監(jiān)控，從而大大提高救援的效率。

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2. 農(nóng)林日常監(jiān)控

傳統(tǒng)的農(nóng)林檢測(cè)，更多依靠2D相機(jī)實(shí)現(xiàn)照片比對(duì)，但實(shí)際上森林規(guī)模龐大，評(píng)估森林清單的傳統(tǒng)方法既耗時(shí)又低效，有時(shí)僅僅是大面積的粗略估計(jì)。使用配備激光雷達(dá)的無(wú)人機(jī)，林務(wù)員可以測(cè)量樹冠高度、覆蓋范圍、樹木密度，甚至可以測(cè)量單個(gè)樹木的位置和高度。這就消除了傳統(tǒng)方法的不準(zhǔn)確性和低效率。配備激光雷達(dá)的另外一大優(yōu)點(diǎn)是，在人眼不能進(jìn)行這些測(cè)量的范圍也能進(jìn)行這些測(cè)量，如測(cè)量樹冠高度和樹木密度等，實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)樹木的剪枝提供可靠技術(shù)保障。

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3. 地形建模與監(jiān)控

與傳統(tǒng)地面測(cè)量方法相比，激光雷達(dá)通過(guò)使用檢測(cè)遠(yuǎn)處物體（例如樹葉、灌木、樹木甚至草）的方法，借助分析從物體表面反射的脈沖激光來(lái)確定它們的位置、速度和其他特征，為地面操作人員提供可以作業(yè)參考的地形輪廓3D模型。例如通過(guò)對(duì)國(guó)道危險(xiǎn)山體的監(jiān)控，在減輕維護(hù)人員攀爬等危險(xiǎn)工作的同時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)山體滑坡預(yù)防監(jiān)控等效果。

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4.電力線檢查

激光雷達(dá)具有較高的分辨率，且不受常規(guī)氣象條件的影響，通過(guò)數(shù)據(jù)分析就可以從點(diǎn)云中提取有關(guān)電力線和極間距離的詳細(xì)信息。這使得測(cè)量員能夠分析電力線走廊的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，包括植被、道路和房屋等信息，從而識(shí)別潛在風(fēng)險(xiǎn)。在對(duì)應(yīng)的在電網(wǎng)施工中，通過(guò)電纜線的識(shí)別與預(yù)警，可以避免工作人員觸電的危險(xiǎn)。

圖6. ABAX-CZ-30模組實(shí)拍

5. 地形和水深測(cè)量

地形和水深測(cè)量通常覆蓋大面積地形，通常使用飛機(jī)和直升機(jī)進(jìn)行。地形激光雷達(dá)使用近紅外激光繪制陸地地圖，而測(cè)深激光雷達(dá)則使用透水綠光來(lái)測(cè)量海底和河床。

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6. 隧道類形變測(cè)量

傳統(tǒng)的隧道形變測(cè)量方法需要數(shù)天才能完成整個(gè)隧道建模，而借助flash激光雷達(dá)技術(shù)，整個(gè)城市可以在幾分鐘內(nèi)以3D方式繪制出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道/地下管道形變的檢測(cè)。

圖8. ABAX-CZ-80模組隧道場(chǎng)景實(shí)拍灰度圖

7. 礦山測(cè)量

由于礦山地形復(fù)雜，采用全站儀和GPS等傳統(tǒng)的測(cè)量手段進(jìn)行高精度測(cè)繪工作往往費(fèi)時(shí)費(fèi)力。近年來(lái)快速發(fā)展的三維激光掃描技術(shù)為解決復(fù)雜的礦山地形測(cè)量和數(shù)字礦山建設(shè)提供了新的技術(shù)手段。激光雷達(dá)技術(shù)具有高分辨率、高采樣率以及非接觸測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，非常適合用于獲取礦山的復(fù)雜表面和高危區(qū)域的空間三維信息。

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綜合以上應(yīng)用場(chǎng)景介紹，無(wú)人機(jī)配備全固態(tài)flash激光雷達(dá)可以提供高分辨率的地形數(shù)據(jù)，用于建立精確的地圖模型。相比傳統(tǒng)的地面測(cè)量方法需要人工測(cè)量，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且精度較差，而采用全固態(tài)Flash激光雷達(dá)可以快速準(zhǔn)確地獲取地形數(shù)據(jù)，為城市規(guī)劃、自然資源管理、災(zāi)難監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域提供數(shù)據(jù)支撐。未來(lái)基于全固態(tài)Flash激光雷達(dá)+無(wú)人機(jī)將在測(cè)量領(lǐng)域大顯神威，成為測(cè)量人手中的神兵利器。