激光雷达
| 英文 | Light Detection and Ranging |
|---|---|
| 别称 | LiDAR |
| 原理 | 测量激光脉冲的飞行时间 (ToF) |
| 核心产品 | 点云数据 |
| 特点 | 主动遥感、高精度、高密度、可穿透植被 |
激光雷达（Light Detection and Ranging, 简称 LiDAR）是一种主动遥感技术。它通过向目标发射一束激光，然后测量激光脉冲从发射到返回的飞行时间，来精确计算出传感器到目标的距离。
结合高精度的全球导航卫星系统 (GNSS)和惯性测量单元（IMU），LiDAR系统可以直接、快速地获取地表及地表物体（如建筑、森林）的高精度三维坐标信息，即点云数据。
系统组成
一个典型的机载LiDAR系统主要包括三个部分：
- 激光扫描测距系统：负责发射和接收激光脉冲，并记录其往返时间。扫描装置（如旋转棱镜）使激光束在垂直于航线方向上进行扫描，从而获取一条带状的数据。
- 动态差分GNSS：实时、高精度地确定传感器在飞行过程中的空间位置（X, Y, Z）。
- 惯性测量单元 (IMU)：实时、高精度地测量传感器在飞行过程中的姿态参数（俯仰、翻滚、航向）。
通过这三部分数据的精确同步和融合解算，才能最终得到地面点云的精确三维坐标。
点云数据
点云（Point Cloud）是LiDAR技术获取的原始数据产品。它是由海量三维坐标点（X, Y, Z）组成的集合，真实地再现了地表和地表物体的三维形态。除了三维坐标，点云数据通常还包含激光回波强度、回波次数等信息。
多回波技术
LiDAR的一大优势是其激光脉冲可以部分穿透植被冠层。当一个激光脉冲遇到森林时，它可能会产生多次回波：
- 第一次回波：可能来自树冠顶部。
- 中间回波：来自树枝和树叶。
- 最后一次回波：可能到达并反映了真实的地面。
通过分析多次回波，可以同时获取林冠的表面模型（DSM）和林下的地形模型（DTM），这在森林资源调查和测绘中具有巨大优势。
主要应用
- 高精度地形测绘：快速生产高精度的数字高程模型 (DEM)和数字表面模型 (DSM)，尤其是在植被覆盖区域。
- 电力巡线：精确测量电线弧垂、树障距离，保障输电安全。
- 林业调查：估算森林蓄积量、树高、冠幅等参数。
- 三维城市建模：快速获取城市建筑、道路等的三维结构。
- 自动驾驶：作为核心传感器，实时感知车辆周围的环境。