无人机激光雷达应用

激光雷达在无人机上的应用

我们知道的最常见用例是使用激光雷达系统导航的机器人和自动驾驶汽车。不过，最常见的应用是地理和大气测绘。

几十年来，美国地质调查局、美国国家海洋和大气管理局和美国宇航局等组织一直在使用激光雷达绘制地球和太空地图。气候科学家用它来探测大气成分，研究云层和全球变暖等问题；海洋学家用它来追踪海岸侵蚀，植物学家用它来测量地球上不断变化的森林格局。

传统上，LiDAR 传感器安装在直升机、飞机和卫星上，用于绘制大片地面地形图。然而，随着现代无人机功能越来越丰富，有效载荷能力越来越强，空中 LiDAR 系统现在更加普及，应用范围广泛，包括结构检查、农业和搜索救援等。

激光雷达无人机技术最重要的应用之一是测绘领域。借助激光雷达无人机，测量员可以快速准确地捕获大面积区域的数据，包括地形、建筑物和基础设施。这些数据可用于创建详细地图、识别潜在危险并高精度地规划施工项目。

测绘

测量任务通常需要 LiDAR 系统来收集三维测量数据。它们可以创建特定景观的数字地形 (DTM) 和数字高程模型 (DEM)。其中一个用例是帮助考古学家发现古代遗址。观看上面的视频，史密森尼学会解释了如何使用 LiDAR 在中美洲茂密的丛林中发现吴哥窟的一座隐藏城市。 

LiDAR 在测量中的其他一些应用包括：

l农业制图可捕捉土壤状况和作物数据，从而最 大限度提高产量

l采矿作业测量矿物分布

l大型建筑项目地形测绘

l追踪自然资源

l测量城市规划道路 

使用基于无人机的激光雷达，测量员可以快速高效地高精度地绘制大面积土地的地图。无人机可以飞越该区域并捕获数百万个数据点，然后对其进行处理以创建地形的详细 3D 模型。该模型可用于识别潜在危险、规划基础设施并监测随时间的变化。

农业和林业

随着技术助力农业和人们不断追求提高产量，农业格局发生了巨大变化。农业无人机可用于精准农业、高效施肥和优化田间管理等多种用途。无人机还可用于绘制区域地图并产生新的见解。所有这一切的关键之一是 LiDAR 技术，它可以穿透植被和其他障碍物，可用于绘制森林和其他自然区域的地图。通过测量树木的高度和密度，可以使用激光雷达来监测森林的健康状况。这些信息可用于识别存在野火或其他环境威胁风险的区域。激光雷达还可用于监测河流和湖泊的水位，有助于预测洪水或干旱。

矿业

无人机为采矿作业提供了一系列好处，包括能够获得其他方式难以获得的独特视角。传统的测量方法需要大量设备，工人还需要穿越危险的地形来收集数据。如今，有许多方法可用于捕捉航拍照片、视频片段和测量数据。这些方法包括地形、热成像和植被成像，以及先进的基于激光雷达的扫描技术。 

建造

激光雷达无人机越来越多地用于建筑行业，以创建建筑工地的精 确 3D 模型。通过使用激光雷达无人机，建筑公司可以快速准确地评估现场，识别潜在问题并创建更准确的成本估算。这可以提高建筑项目的效率并降低成本。

结构检查

LiDAR 系统让人类无需冒险进入危险的地方，从而确保电力线、管道、建筑物、桥梁和其他基础设施结构检查的安全。与其他传感器结合使用时，配备 LiDAR 的无人机可以帮助识别结构中的热点，使检查人员能够尽早发现问题并采取必要措施防止故障。

LiDAR 提供的高分辨率数据使地面技术人员能够快速高效地检测电力线、涡轮机、管道和其他工业设备的损坏情况。LiDAR 无人机可大幅节省工时和检查成本，使企业能够进行有效的预测性和预防性维护。

搜索和救援

LiDAR 传感器能够高效地绘制地表，这种独特的能力有助于高效地开展搜救行动。安装在无人机上后，这些传感器可以探测到任何地形上的人类，并帮助救援人员确定失踪人员的位置。由于 LiDAR 传感器不需要阳光来捕获数据，因此配备 LiDAR 的无人机在夜间开展救援行动变得更加容易。

科学与教育

激光雷达无人机还用于科学和教育环境，以研究和绘制环境地图。通过使用激光雷达无人机，科学家和研究人员可以创建高分辨率的生态系统地图，研究环境随时间的变化，并确定需要保护的区域。例如，激光雷达无人机还用于考古学，绘制和研究古代遗址。通过使用激光雷达无人机，考古学家可以创建详细的遗址地图，这可以帮助他们更好地了解古代建筑的布局和结构。

激光雷达与无人机摄影测量

说到航空测绘，主要有两种方法：激光雷达和摄影测量。这两种技术各有优缺点，在选择用于您的项目的技术时，了解它们之间的差异非常重要。

虽然最 佳数据集通常同时使用 LiDAR 和摄影测量，但并非所有项目都需要使用这两种技术。对于需要高精度测量的项目，LiDAR 是最 佳选择，尽管这取决于要捕获的站点。另一方面，摄影测量是资产检查和生成具有纹理的参考模型的首 选方法。

但是，在某些情况下，只要正确执行数据收集和处理工作流程，同时使用这两种技术可以产生最 佳效果。但需要注意的是，摄影测量可能不适合涉及树冠或草地的项目，因为这些特征会对数字高程模型产生重大影响。

因此，摄影测量最适合人造结构或裸地项目。无论如何，添加 LiDAR 可以为资产检查提供丰富的细节，包括实际数据和测量数据。

以下是两种方法之间的一些主要区别：

激光雷达

激光雷达无人机发射激光脉冲，这些脉冲从地面反射回无人机，形成包含数百万个数据点的点云，可用于创建高精度 3D 地图。激光雷达特别适合绘制地形复杂的区域，例如森林、山脉和城市环境，而摄影测量法可能难以捕捉到所有必要的数据。

摄影测量

另一方面，摄影测量使用相机从不同角度捕捉地形的重叠图像。然后将这些图像拼接在一起以创建地形的 3D 模型。摄影测量无人机配备了高分辨率摄像头，可以捕捉地面的详细图像。摄影测量特别适用于快速高效地绘制大面积地图，例如农田或建筑工地。

激光雷达有多准确？

激光雷达的精度取决于几个因素，包括所使用的激光雷达系统的类型、环境和被测量的目标。

LiDAR 传感器可提供相对于传感器 0.5 至 10 毫米的出色测距精度，以及高达 1 厘米水平（x、y）和 2 厘米垂直（z）的测绘精度。这些令人印象深刻的功能使 LiDAR 成为测绘应用的宝贵遥感工具。

LiDAR 能看穿墙壁吗？

简短的回答是“不”，LiDAR 无法穿透墙壁。LiDAR 传感器发射的激光束会被路径上的物体反射，但无法穿透墙壁或天花板等固体材料。因此，如果物体或表面被墙壁遮挡，LiDAR 传感器将无法检测到它。但是，这有一些注意事项。虽然 LiDAR 无法穿透墙壁，但它仍然可以检测到墙壁后面的某些特征。例如，如果墙上有窗户或门，LiDAR 传感器可能能够检测到开口的轮廓和形状，以及透过它可见的任何物体。同样，如果墙壁上有缝隙或裂缝，LiDAR 传感器可能能够检测到它们后面的某些特征。另一个需要考虑的重要问题是，一些 LiDAR 传感器设计为以不同的波长运行，这会影响它们穿透某些材料的能力。例如，一些 LiDAR 传感器使用红外光，可以在一定程度上穿透植被和树叶。然而，即使在这些情况下，LiDAR 传感器也无法透过实体墙壁或其他障碍物。

LiDAR 可以在黑暗中工作吗？

LiDAR 可以在低光条件下工作，但不能在完全黑暗的环境中工作。如果根本没有环境光，激光脉冲将无法检测到任何物体。

然而，许多 LiDAR 系统都配备了额外的传感器，例如摄像头或红外传感器，这有助于在低光条件下提供更多信息。例如，一些 LiDAR 无人机配备了热像仪，它可以检测热信号并帮助识别物体，即使在完全黑暗的环境中也是如此。

概括

可能性是无限的。无论天气条件如何，都能以高分辨率精 确绘制环境地图，这使得 LiDAR 传感器成为不可或缺的资产。当这些传感器与无人机集成时，一系列以前被认为是昂贵的新应用变得更加实惠。