激光雷达无人机是任何携带激光雷达传感器的无人机。它们用于收集数据,这些数据可用于为各种应用和行业制作详细的 3D 模型。
无论您是勘察森林、调查深夜车祸的原因,还是绘制侵蚀的海岸线地图,LiDAR 传感器都可以帮助您提供一些最准确、高分辨率的 3D 模型。
现在,随着激光雷达无人机的实施,这项技术比以往任何时候都更容易获得。
随着 LiDAR 传感器因成本和尺寸的降低而变得更加广泛,空中 LiDAR 技术(即LiDAR 无人机(而不是飞机或直升机))正在迅速变得越来越普遍。
事实上,带有激光雷达传感器的无人机现在被用于各种用途,从调查保险索赔到帮助进行新的考古发现。
使用激光雷达,高功率激光向目标发射精 确的脉冲,并测量反射回来的脉冲,以收集有关目标的数据。
为了了解物体的三个维度,激光雷达传感器测量:
l时间——脉冲返回需要多长时间。
l强度——激光脉冲的返回强度。
l反射角——反射角所指示的被测量表面的变化方式。
收集这些数据点后,专门的 3D 绘图软件会处理这些信息以及 GPS(全球定位系统)数据和 INS(惯性导航系统)数据,以创建目标区域或物体的详细且精 确的 3D 模型。
激光雷达系统通常使用紫外线或近红外信号来绘制区域地图,这意味着它们可以在很少或没有外部光的情况下运行,这使得它们非常适合在夜间使用,尤其是在汽车事故等紧急情况下。
只需一次,LiDAR 无人机就可以捕获并生成可能需要紧急服务的任何事故的全面 3D 地图。无论是深夜的州际连环相撞事故,还是白雪皑皑的乡村道路上的挡泥板弯曲事故,激光雷达无人机都可以在急救人员到达之前就任何紧急情况生成准确而详尽的报告。
l分诊协助。凭借准确的信息和对原本可能未知的视觉细节的全面了解,现场的紧急服务人员可以在最初的关键时刻拯救公民和拯救生命,而不是花时间评估情况。
l事故重建。除了使用 LiDAR 数据创建事故现场的 3D 模型外,大多数 LiDAR 无人机除了 LiDAR 有效负载外还配备了视觉摄像头,它们收集的视觉数据可以作为法庭上的证据,作为反映潜在事故的准确和中立的记录。事故的原因或结果。
l清理。激光雷达无人机提供的地图可以帮助清障人员或环卫人员以更快的速度处理事故的后果。
l节省。激光雷达无人机通常比事故重建的替代方法更便宜。而且,通过帮助减少二次事故可能发生的时间,它们可以减少城市必须处理的事故总量,从而节省资金。
l道路更安全。事故现场发生二次事故很常见,清理事故所需的时间越长,发生此类事故的可能性就越大。通过加快清理过程,激光雷达无人机可以帮助保持道路更安全。
另一个受益于激光雷达无人机提供的超精 确地图的行业是农业。
使用无人机和其他机器人技术来改善农业通常被称为精准农业,而激光雷达数据是这一新运动的关键要素。
l作物生产。通过激光雷达无人机提供的信息可用于制作许多地图,为农业决策提供信息。其中包括显示高、中、低作物产量区域的地图,告知何时何地使用肥料(一种昂贵、宝贵且经常过度使用的资源)的地图,甚至还显示农场接受最多阳光的区域的地图。
l灌溉。在稻田等需要建造复杂而精 确的堤坝以进行适当灌溉的土地上,激光雷达生成的地图是必不可少的。支持激光雷达的无人机不仅可以提供英寸宽精度的模型,而且即使田地被洪水淹没,它们也可以这样做——以前,农民必须等到地面干涸才能驾驶满载设备的卡车穿过田地。
l牲畜管理。以在地面上不可能做到的方式跟踪徘徊或放牧的牲畜,并保护它们免受捕食者的侵害——即使在夜间,当监测此类威胁变得更加困难和危险时。
l测绘。在短时间内,带有激光雷达有效载荷的无人机可以高精度地扫描并绘制出农场的全部面积。
l节省。通过快速提供精 确的数据来告知所有这些活动,减少与灌溉、作物生产和牲畜管理相关的成本和时间。
如今,激光雷达扫描无人机最 新颖、最令人兴奋的应用领域之一是考古领域。
当然,无人机实际上并不能帮助挖掘古代文物,但它们可以极大地帮助研究人员了解以前发现的遗址或寻找新的遗址。
2017 年,激光雷达无人机传感器收集的信息帮助识别了埃尔米拉多河流域庞大的道路系统,该河流域是中美洲丛林深处的一大片土地。如果没有 LiDAR 无人机的使用以及该技术通过茂密而宽阔的树冠收集数据的独特能力,这些早在公元前 600 年就被玛雅人使用的道路可能永远不会被发现。
2019 年,科罗拉多州古人峡谷国家纪念碑也发生了类似的故事。在这里,研究人员试图绘制沙峡谷地图,这里被认为是普韦布洛的祖先遗址。Sand Canyon 团队利用航空激光雷达,在该地区的地图绘制中收集了超过 32 亿个数据点。
“这种调查方法的影响确实令人惊讶,它消除了艰苦的地面调查的需要,而且提供如此详细结果的速度令人印象深刻。它加速了我们的理解——结果表明普韦布洛比我们之前想象的更广泛。”
- 克罗峡谷考古中心研究所执行副所长 Mark D. Varien
l快速现场勘察。配备激光雷达传感器的无人机可以帮助考古学家勘察潜在的挖掘地点,甚至无需拿起铲子。
l无损伤。激光雷达使考古学家能够检查感兴趣的区域,而不必担心会破坏地表以下的东西,这是该领域的一个紧迫问题。
l揭示隐藏的内容。研究人员可以找到肉眼看不见的隐藏的、杂草丛生的或几乎被掩埋的证据。事实上,激光雷达传感器可以在不干扰地面的情况下发现从人行道到墓地的一切。
激光雷达传感器无人机提供的信息可以非常有效地帮助政府和其他机构维护和保护其自然资源。
事实上,美国的许多州已经开始使用航空激光雷达扫描仪来更好地了解本国境内的资产。这种密集、准确的数据收集可以更好地记录,进而可以更好地保护我们的自然资源。
其他州,如爱荷华州,拥有完整的数据库,其中包含从激光雷达传感器收集的信息。该州的地理信息系统 (GIS) 充满了爱荷华州自然资源部从 LiDAR 系统收集的数据。
“激光雷达数据,包括等高线图、数字高程模型、山影投影等衍生品,正在协助广泛的自然资源保护应用。”
- 明尼苏达大学水资源中心
l森林保护。绘制森林地图以保护它们。
l节约用水。激光雷达无人机可以绘制从洪泛区到水盆地的一切地图,通过这些区域的准确、高保真度地图,州和地方政府既可以为自然灾害做好准备,也可以更准确地预测其每年的资源使用情况。
l沙丘保护。绘制沙丘地图,追踪沙丘的扩散和对周边生态系统的入侵,并保护它们。
激光雷达无人机在检查和其他基础设施领域的用例是显而易见的。
从勘察建筑工地到测量电线周围植被的数量,带有激光雷达有效载荷的无人机可以大大减少手动勘察或检查的时间和成本。
目前,带有激光雷达传感器的无人机被用来检查和维护铁路、管道、涡轮机等。
l历史记录。获取整个资产的精 确 3D 快照,可以将其与资产过去和未来的状况进行比较。
l规划。获取资产或空间的详细 3D 渲染可以帮助规划未来的工作并确保不会遗漏任何细节。
l安全。使用无人机数据而不是亲自收集数据,避免手动进入危险的密闭空间或高空作业。
l节省。通过加快检查速度并减少停机时间,利用航空 LiDAR 数据制作的 3D 地图可以为工业检查节省大量成本。
州政府用于保护工作的地图也可以被保险业用来更好、更准确地服务于他们的顾客和客户。
这是因为激光雷达传感器无人机提供的地图有助于为洪水或财产保险等项目制作高度个性化的报价,并调查此类事件的索赔。
通常,保险理赔员在发生洪水等事件后,会挨家挨户询问问题并做笔记来评估损失。
但激光雷达无人机彻底改变了这一过程,因为它们可以在短短几分钟内绘制出大片城市地区的地图。
l证明。在保险索赔方面,激光雷达传感器提供的记录可以证明受极端天气或其他事件影响的特定地点到底发生了什么。
l安全。在屋顶检查中,空中激光雷达可以代替人员亲自登上屋顶,从而提高检查过程的安全性。
l速度。快速调查保险索赔。
林务人员已经在使用激光雷达无人机来测量从树冠高度到单片叶子面积的所有数据,这些数据被用于对土地进行分类、管理森林火灾、了解生态系统以及对商业森林进行盘点。
激光雷达对于测量大而茂密的森林中单棵树的高度和位置特别有用,而且该技术在树顶周围工作的能力也使其非常适合收集地面信息。
由于激光雷达技术忽略了树木投射的阴影,因此其激光可以一路反射到森林地面,从而提供其他方法无法提供的地面信息。
l节省。空中激光雷达比步行在某个区域进行树木调查要快得多,因此成本也便宜得多。
l速度。传统的森林测量方法效率低下、耗时,而且在没有灯光的情况下几乎无法使用。
l研究。激光雷达数据对于提高我们对森林的了解至关重要,这些数据来自特定树木和整个树林的数据。
l资源管理。激光雷达数据可以帮助清查、编目和跟踪林业的几个重要数据点,包括一个地区的树木总数、类型、分布,甚至健康状况。
l改善商业和保护。改善林业数据对保护工作和依赖世界森林的行业(如纸张、糖浆和家具行业)都有影响。
对于大多数人来说,执法可能是他们在生活中已经看到激光雷达技术投入使用的领域之一。
这是为什么?
嗯,因为自世纪之交以来,世界各地的警察部门一直在将雷达枪换成激光雷达枪,利用准确而精 确的技术来更好地测量过往车辆的速度。
但激光雷达在执法中的用途远远超出了测速枪的范围。我们已经讨论过激光雷达无人机如何帮助绘制事故现场图,即使是在黑暗中,但它们对于分析活跃的犯罪现场也 至关重要。
l战术信息。在发生人质劫持事件时,警方可以使用激光雷达无人机从远处全面了解威胁情况。无论白天还是夜晚,警员都可以使用无人机充分了解和评估危险情况。
l搜寻及救援。寻找在偏远地区迷路的人——即使是在晚上。
l水上救援。使用测深激光雷达传感器(一种产生穿透水的绿光的激光雷达,而不是地形激光雷达的近红外激光),急救人员可以快速识别残骸,甚至可能部分或完全淹没在水中的幸存者。
激光雷达技术使检查、测量和测绘变得更加高效和安全的最后一个领域是采矿业。
在采矿业,配备激光雷达的无人机被用来在计划爆炸后检查矿井,以确保在派遣任何人类工人之前该地区是安全的。激光雷达无人机还用于测量矿石体积和矿石开采空间。
地下采矿环境使得无人机无法进行 GPS 操作,因此激光雷达和视觉传感器对于使无人机能够在没有 GPS 的情况下在地下操作至关重要。
l提高矿石开采量。使用 LiDAR 数据制作的 3D 地图可以帮助识别潜在的剩余矿石,这可以为矿业公司带来巨额额外收入。
l规划。与地面扫描仪配合使用,激光雷达无人机可以将新的表面数据与之前的扫描数据进行比较,以确定矿井的哪些区域资源丰富或下一步应该作为目标。
l安全。绘制不稳定区域的地图,以便评估其安全性。
l节省。提高对矿山关键挖掘的了解可以提高矿石开采量和整体效率,从而带来巨大的潜在节约。
价格:130 美元
它重量轻,耗电量小,射程约为 40 米
2.LEDDARTECH VU8
价格:$693
这款 LiDAR 传感器可检测范围达 215 米的目标,重量仅为 75 克,是一款出色的轻型 LiDAR 传感器,可与多种无人机配合使用。
价格:319 美元
该 LiDAR 传感器重 340 克,范围约为 6 米。
该传感器旨在用于机器人、避障和路线规划,在无人机上的可行性有限,但仍然是某些功能或应用的正确选择。
价格:1,400 美元
这款坚固耐用的 Velodyne LiDAR 传感器的探测范围可达 100 米。它具有 360° 水平 FOV,重量不到 2 公斤,使其成为适用于无人机的坚固 LiDAR 传感器。
价格:2,100 美元
这款 Velodyne 传感器专为大规模生产而设计,是目前市场上价值最 高的 LiDAR 无人机传感器之一。比类似价格的传感器更具成本效益,对于那些想花更多钱的人来说,这是一个不错的选择。
除了传感器的价格差异很大之外,无人机本身和任何兼容软件的成本也会迅速增加,尤其是对于业余爱好者来说,因此购买支持激光雷达的无人机是一项相当大的投资。
激光雷达无人机及其相关传感器可能会在许多不同领域节省数百万美元,因此随着进入成本持续下降,几乎可以肯定的是,激光雷达无人机技术将继续在许多不同领域实施行业。
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