激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)

LiDAR（LightDetectionandRanging），是激光探測及測距系統(tǒng)的簡稱，另外也稱LaserRadar或LADAR（LaserDetectionandRanging），由激光雷達(dá)進(jìn)行掃描所獲取的數(shù)據(jù)，即為激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。激光雷達(dá)是用激光器作為發(fā)射光源，采用光電探測技術(shù)手段的主動(dòng)遙感設(shè)備激光雷達(dá)是激光技術(shù)與現(xiàn)代光電探測技術(shù)結(jié)合的先進(jìn)探測方式。由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信息處理等部分組成。發(fā)射系統(tǒng)是各種形式的激光器，如二氧化碳激光器、摻釹釔鋁石榴石激光器、半導(dǎo)體激光器及波長可調(diào)諧的固體激光器以及光學(xué)擴(kuò)束單元等組成；接收系統(tǒng)采用望遠(yuǎn)鏡和各種形式的光電探測器，如光電倍增管、半導(dǎo)體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外和可見光多元探測器件等組合。激光雷達(dá)采用脈沖或連續(xù)波2種工作方式，探測方法按照探測的原理不同可以分為米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里淵散射、熒光、多普勒等激光雷達(dá)。激光雷達(dá)的特點(diǎn):與普通微波雷達(dá)相比,激光雷達(dá)由于使用的是激光束,工作頻率較微波高了許多,因此帶來了很多特點(diǎn),主要有：（1）分辨率高激光雷達(dá)可以獲得極高的角度、距離和速度分辨率。通常角分辨率不低于0.1mard也就是說可以分辨3km距離上相距0.3m的兩個(gè)目標(biāo)（這是微波雷達(dá)無論如何也辦不到的）,并可同時(shí)跟蹤多個(gè)目標(biāo)；距離分辨率可達(dá)0」m;速度分辨率能達(dá)到10m/s以內(nèi)。距離和速度分辨率高,意味著可以利用距離——多譜勒成像技術(shù)來獲得目標(biāo)的清晰圖像。分辨率高,是激光雷達(dá)的最顯著的優(yōu)點(diǎn),其多數(shù)應(yīng)用都是基于此。（2）隱蔽性好、抗有源干擾能力強(qiáng)激光直線傳播、方向性好、光束非常窄,只有在其傳播路徑上才能接收到，因此敵方截獲非常困難，且激光雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)（發(fā)射望遠(yuǎn)鏡）口徑很小,可接收區(qū)域窄，有意發(fā)射的激光干擾信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)的概率極低；另外，與微波雷達(dá)易受自然界廣泛存在的電磁波影響的情況不同，自然界中能對激光雷達(dá)起干擾作用的信號(hào)源不多，因此激光雷達(dá)抗有源干擾的能力很強(qiáng),適于工作在日益復(fù)雜和激烈的信息戰(zhàn)環(huán)境中。（3）低空探測性能好微波雷達(dá)由于存在各種地物回波的影響,低空存在有一定區(qū)域的盲區(qū)（無法探測的區(qū)域）。而對于激光雷達(dá)來說,只有被照射的目標(biāo)才會(huì)產(chǎn)生反射,完全不存在地物回波的影響，因此可以"零高度"工作，低空探測性能較微波雷達(dá)強(qiáng)了許多。（4）體積小、質(zhì)量輕通常普通微波雷達(dá)的體積龐大，整套系統(tǒng)質(zhì)量數(shù)以噸記，光天線口徑就達(dá)幾米甚至幾十米。而激光雷達(dá)就要輕便、靈巧得多,發(fā)射望遠(yuǎn)鏡的口徑一般只有厘米級,整套系統(tǒng)的質(zhì)量最小的只有幾十公斤，架設(shè)、拆收都很簡便。而且激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)相對簡單，維修方便，操縱容易，價(jià)格也較低。激光雷達(dá)的缺點(diǎn)首先，工作時(shí)受天氣和大氣影響大。激光一般在晴朗的天氣里衰減較小，傳播距離較遠(yuǎn)。而在大雨、濃煙、濃霧等壞天氣里，衰減急劇加大，傳播距離大受影響。如工作波長為10.6pm的co2激光，是所有激光中大氣傳輸性能較好的，在壞天氣的衰減是晴天的6倍。地面或低空使用的co2激光雷達(dá)的作用距離，晴天為10—20km,而壞天氣則降至1km以內(nèi)。而且，大氣環(huán)流還會(huì)使激光光束發(fā)生畸變、抖動(dòng)，直接影響激光雷達(dá)的測量精度。其次，由于激光雷達(dá)的波束極窄,在空間搜索目標(biāo)非常困難，直接影響對非合作目標(biāo)的截獲概率和探測效率,只能在較小的范圍內(nèi)搜索、捕獲目標(biāo)，因而激光雷達(dá)較少單獨(dú)直接應(yīng)用于戰(zhàn)場進(jìn)行目標(biāo)探測和搜索。激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的應(yīng)用激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的應(yīng)用非常廣泛，可以用于數(shù)字三維城市的建設(shè)、三維地形的獲取、三維文物重建、地籍調(diào)查、電力清查等等各種需要測繪建模的行業(yè)。例如北京數(shù)字綠土公司研發(fā)的Lidar360軟件，將激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)運(yùn)用到林業(yè)調(diào)查規(guī)劃中。傳統(tǒng)生態(tài)調(diào)查數(shù)據(jù)采集困難，能夠獲取的結(jié)構(gòu)信息有限，而且人為主觀因素對測量結(jié)果的影響大。通過高精度的數(shù)據(jù)掃描，及高效的核心數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可以提取一系列基于激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的森林參數(shù)和統(tǒng)計(jì)變量，包括樹冠高度變量、密度變量、強(qiáng)度變量、郁閉度、葉面積指數(shù)和間隙率。快速反演生物量，森林蓄積量，森林覆蓋率；了解其疏密程度以及不同樹齡樹木的情況、推算不同樹種數(shù)量；獲取森林地面DEM，實(shí)現(xiàn)森林結(jié)構(gòu)參數(shù)自動(dòng)提取以及三維場景

重建，用于林業(yè)的監(jiān)控與管理。該技術(shù)對于地籍調(diào)查服務(wù)也非常有效，地籍測量—般采用全站儀和RTK進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或是使用航空攝影測量的方法。這兩種方法完成地籍測量的周期較長，需要投入大量的人力物力，結(jié)果只能以二維的形式體現(xiàn)，使得地籍測量很難向三維空間擴(kuò)展。而數(shù)字綠土首次將激光雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用于地籍測量，形成了從數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、成果輸出一整套技術(shù)支持流程。通過合理布站，獲取目標(biāo)三維數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄每個(gè)測站的高精度位置信息、電子羅盤信息、精確的傾角數(shù)據(jù)，對多站數(shù)據(jù)進(jìn)行高精度拼接，使用控制點(diǎn)信息對拼接后的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，在三維坐標(biāo)空間下完成地籍測量圖的繪制。通過采用該技術(shù)，可以節(jié)省人力物力，一次成圖，作業(yè)時(shí)間短，精度高。激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)