激光雷達的歷史可以追溯到1960年代初。1969年，安裝在阿波羅11號飛船的激光測距儀來測量從地球到月球的距離。在近四十年后的今天，激光雷達已成為地理空間行業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)。 GIM International 提出了一個包括8個具有創(chuàng)造性的LiDAR項目匯總，這7個項目展示了激光雷達為地理信息提供了無限的可能性。

　　采集熱帶雨林的數(shù)據(jù)

　　

 

　　例如在法屬圭亞那的實驗森林站點Paracou，通過機載激光雷達收集搜索范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，使得短期可以對熱帶雨林樹冠層有更好地理解和量化。此站點使用機載激光掃描來獲取3D冠層結(jié)構(gòu)的高空間分辨率數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以用來建立一個冠層高度的模型，并提供了有關(guān)枝葉密度的信息?；谏鲜鰯?shù)據(jù)的感測系統(tǒng)還可以安裝在無人駕駛飛行器(UAV)中。

　　通過點云技術(shù)探尋室內(nèi)空間

　　

 

　　室內(nèi)點云有許多應(yīng)用。尤其是室內(nèi)環(huán)境的多次變化，而且通常不遵循建筑設(shè)計進行空間標識的情況下，就需要使用快速的執(zhí)行方法進行室內(nèi)空間探尋。

　　2015年，代爾夫特理工大學做碩士測繪項目的學生已經(jīng)開發(fā)出一種方法來有效地識別和連接空間結(jié)構(gòu)的點云技術(shù)。此項室內(nèi)點云技術(shù)旨在探究點云處理，專注于室內(nèi)點云，構(gòu)建了一個可適用于室內(nèi)、陸地和空中的應(yīng)用程序;其生成的室內(nèi)空間模型，可識別空間和關(guān)注室內(nèi)探尋對象的邊界問題。項目在酒吧實驗進行點云架構(gòu)，使用了ZEB1移動激光掃描儀對空間進行了9mx15mx5m的測量。此次的彩色點云結(jié)合了徠卡C10激光掃描儀，目前僅用于視覺顯示。

　　點云技術(shù)包含了大量的潛在信息，它可以掃描對象及其表面，但也可以穿越探尋空間。點云技術(shù)可以在空間的探尋中得到有益的應(yīng)用，例如3 D尋路，因為它能夠?qū)⒆⒁饬性诳捎每臻g探尋中，而不是被邊界點或其他對象干擾;它也可以用于其他應(yīng)用程序中進行整個范圍的探尋，如可用存儲空間的評估、計算和量化大型對象通過狹窄空間的線路方案。相信點云將會在室內(nèi)導(dǎo)航方面得到進一步的發(fā)展。

　  監(jiān)測南極冰橋消融情況

 

　　南極冰橋行動旨在測量和洞察南極冰蓋不可逆轉(zhuǎn)的消逝。自2014年10月16日開始的六個星期時間里，NASA的dc - 8空中實驗室就收集了大量有關(guān)氣候變化的數(shù)據(jù)，為氣候變化和南極冰蓋提供了可用于分析的數(shù)據(jù)依據(jù)。

　　通過衛(wèi)星、傳感器、雷達、國家冰雪數(shù)據(jù)中心的大數(shù)據(jù)對南極冰蓋的長期變化程度、厚度、覆蓋面、溫度變化、巖石冰層的形狀和成分等這些數(shù)據(jù)進行收集和存儲。

　　雷達可以測繪高海拔情況。冰橋使用了四個雷達傳感器集成在一起，傳感器是微波電磁光譜的一部分。高頻率可以看到更多的細節(jié)，深入的深度是有限的，低頻可以穿透幾公里到雪和冰。四個頻段的雷達是不同的，彼此之間配合對整個雪/冰板從表面到基巖或海面進行探測。

　　建立一個全球的3D地圖

　　

 

　　HERE地圖公司通過由奧迪、寶馬和戴姆勒提供的超過200輛汽車進行數(shù)據(jù)收集，這些數(shù)據(jù)是有關(guān)世界各地的道路密集的點云數(shù)據(jù)。通過對這些移動測繪車輛數(shù)據(jù)進行處理，生成了確保隱私的、詳細的線路圖。這個數(shù)據(jù)有各種應(yīng)用，從傳統(tǒng)的汽車導(dǎo)航到有陡度斜面的分析;其中，最引人注目的應(yīng)用程序就是在自動駕駛汽車方面的應(yīng)用。

　　在移動制圖方面，每輛車配備了擁有激光掃描儀、照相機和GNSS / IMU系統(tǒng)的高臺。該掃描儀是一個小型的旋轉(zhuǎn)掃描儀Velodyne HDL-32E，掃描器收集可高達每秒700000個點，掃描儀的測距精度2厘米左右，為數(shù)字街道地圖提供了十分重要的信息。

　　數(shù)字街道地圖是車載導(dǎo)航和可視化的關(guān)鍵?，F(xiàn)在越來越多的地圖是富含3D信息。這種3D數(shù)據(jù)用于智慧城市管理或無人駕駛汽車。在此項目中，用激光雷達采集三維數(shù)據(jù)的同時，還會時刻精確記錄采集的位置。

　　對山地遺跡進行測量和科研

　　

 

　　在遺跡項目中，朱諾神廟下方的斜率的三維重建有三個不同的分辨率，可具體根據(jù)塊、山脊和地形等來進行計算，并從不同方向的任何部分進行巖石塊脫落的動力學解釋和評估上部山脊的原始體積等。進一步的研究和調(diào)查，可以在互動模式中，度量信息將被直接連接到各種顯示尺度中，并且可以與相關(guān)聯(lián)的單個元素的最大分辨率來進行應(yīng)用。這種多尺度、多分辨率的方法可以成為廣泛的應(yīng)用于其它情況中的關(guān)鍵因素。

　　該項目是對危巖山谷進行全波形地面激光掃描，形成高精度的3D地形建模;這為各種地貌的研究提供了新的應(yīng)用方法價值。

　　經(jīng)過試驗，三維建模的遠距離地面激光掃描(TLS)是最有效、最迅速的技術(shù)。它促進了巖石結(jié)構(gòu)、尺寸精確和元素位置的識別。通過GIS平臺支持和共享數(shù)據(jù)，它也成為了對滑坡和崩塌進行監(jiān)測的關(guān)鍵。

　　經(jīng)過實驗應(yīng)用，全波形TLS的高采集能力、高精度的三維地形模型是特別有效的，尤其是全波形TLS在點分類方面，所獲得的結(jié)果及其質(zhì)量，必須使用激光測量尺寸等，這取決于儀器的角分辨率。事實上，對生產(chǎn)有效的高分辨率3D模型來說，點對對象分類確定性是至關(guān)重要的。

　　在公路養(yǎng)護中擔當重任

　　

 

　　移動測量系統(tǒng)(MMS)是從一輛面包車或其它移動平臺上收集激光數(shù)據(jù)和相關(guān)的道路及其附近的圖像。目前此項應(yīng)用已經(jīng)在很多國家愛進行試驗精度評估。目前已經(jīng)證明，復(fù)雜的軟件處理MMS數(shù)據(jù)非常適合于許多參數(shù)，它能夠協(xié)助3D模型精確地計算道路的維護精度評估。

　　MMS在很短的時間周期內(nèi)，可以對道路和直接接觸的環(huán)境進行較高的精度和詳細的測繪，同時最大限度上協(xié)助減少了滋擾的交通和事故的風險。

　　應(yīng)用于城市街景

　　

 

　　使用移動激光雷達技術(shù)探測這個繁忙的街道，顯著縮短數(shù)據(jù)采集時間，并及時提供了測量數(shù)據(jù)交付給城市規(guī)劃者;此外，詳細的點云數(shù)據(jù)集也為城市規(guī)劃者提供了三維規(guī)劃和可視化的解決方案依據(jù)。

　　移動激光雷達是一種創(chuàng)新的繪圖解決方案。它結(jié)合了最先進的雷達傳感器、攝像頭和定位設(shè)備能夠快速、準確地收集調(diào)查的點數(shù)據(jù)。移動激光雷達技術(shù)非常適用于細節(jié)性超常的項目要求，如街景設(shè)計。準確點云數(shù)據(jù)集提供項目現(xiàn)場的“全貌”，并能交付三維可視化和模擬等項目需要，無需額外成本。

　　在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用

　　

 

　　LiDAR同樣可以應(yīng)用在建筑方面，比如地面雷達與無人機攝像合一的統(tǒng)一合作模型，應(yīng)用于歷史建筑重建和維修工作。在這方面，建筑界需要詳細和準確的數(shù)據(jù)信息，面對有效數(shù)據(jù)獲取的高昂費用，地面雷達和無人機攝影的結(jié)合為建筑界提供了收集相關(guān)數(shù)據(jù)的解決方式。這個結(jié)合提供的數(shù)據(jù)能夠使建筑規(guī)劃師對所得到的點云圖像，尤其是對圖像中重疊區(qū)域進行比較準確的分析和評估。

　　能快速測量是大多建筑師和規(guī)劃師的需求，激光雷達數(shù)據(jù)為當前建筑物在重建和維護方面的狀態(tài)評估奠定了基礎(chǔ)。在上面提到的項目中，地面雷達和無人機攝影的結(jié)合是一個更加合乎邏輯的解決方式，因為它解決了精度、位置、圖像及其他點云數(shù)據(jù)方面的困擾，它能夠在密度和精準度上為整個建筑物生成更加精確的3D模型;另一方面，從經(jīng)濟角度來看，這種結(jié)合更加有利的節(jié)省了成本。

　　上述的8個具有創(chuàng)造性的LiDAR項目的實踐應(yīng)用，展示了激光雷達為地理信息提供了無限的可能性。（文|泰伯網(wǎng) 王雙陽）