激光雷达数据的25个重要应用介绍

激光雷达数据的25个重要应用介绍

2022-06-29 作者: xuzhiping 浏览: 237 次

摘要: 激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲,与微波雷达没有根本的区别: 向目标发射探测信号(激光束), 然后将接收到的从目标反射回来的信号 (目标回波) 与发射信号进行比较, 作适当处理后,就可获得目标的有关信息, 如目标距离...

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲,与微波雷达没有根本的区别: 向目标发射探测信号(激光束), 然后将接收到的从目标反射回来的信号 (目标回波) 与发射信号进行比较, 作适当处理后,就可获得目标的有关信息, 如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数, 从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。

激光雷达代表光探测和测距,是一种发展中的遥感形式,不需要电磁辐射,它是记录击中物体并返回传感器的激光脉冲。激光雷达通过确定从发射激光脉冲到接收反射脉冲之间的时间来测量传感器到物体的距离;如今,激光雷达被广泛应用在工作和生活的各个方面,接下来就让我们从文中的25个重要应用来了解一下。

1.DEM(数字高程模型)

DEM

数字高程模型(Digital Elevation Model),简称 DEM。它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型,是数字地形模型(Digital Terrain Model,简称DTM) 的一个分支,其它各种地形特征值均可由此派生。一般认为,DTM 是描述包括高程在内的各种地貌因子,如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和非线性组合的空间分布,其中 DEM 是零阶单纯的单项数字地貌模型,其他如坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性可在 DEM 的基础上派生。

建立 DEM 的方法有多种。目前常用的算法是 TIN,然后在 TIN 基础上通过线性和双线性内插建 DEM。用规则方格网高程数据记录地表起伏的优缺点:优点:(X,Y)位置信息可隐含,无需全部作为原始数据存储由于是规则网高程数据,以后在数据处理方面比较容易。缺点:数据采集较麻烦,因为网格点不是特征点,一些微地形可能没有记录。

2.微地形

微地形

微地形指一般在园林景观中依照天然地貌或人为造出的如微小的丘陵状的地形,一般高度不大,仿自然界中的起伏变化地势。

激光雷达是非常准确和精确的技术,常规摄影测量或其他测量技术可能会错过被植被或森林冠层隐藏的表面高程值。但激光雷达可以穿透物体并检测表面值。

3.农业

农业

激光雷达能够帮助农民找到使用昂贵肥料的种植区域,还可以用来创建农田的高程图,该高程图可以转换为创建坡度和阳光照射区域地图。这两个图层信息都可用于创建高、中、低作物生产区域,其中提取的信息将帮助农民节省昂贵的肥料。

4.森林规划管理

森林规划管理

激光雷达广泛应用于林业的规划与管理。它用于测量森林冠层的垂直结构,也用于测量和了解冠层容重和林冠底部高度。激光雷达在林业中的其他用途是测量山峰高度,以估计其根部扩展情况。

5.森林火灾管理

森林火灾管理

激光雷达在森林火灾管理中的应用正变得越来越普遍,消防部门正在从被动消防管理向主动消防管理转变。激光雷达图像有助于监测可能发生的火灾区域。

6.精准林业

精准林业

精准林业是指规划和经营特定地点的林区,以提高木材质量的生产率,以降低成本和增加利润的方式,保持环境质量。利用激光雷达和航拍照片进行精准林业的勘探。

7.旅游和公园管理

旅游和公园管理

利用激光雷达 DEM 对公园和旅游区进行规划。高精度的地表模型有助于找到最适合游乐场、树木和步行道的区域。公园管理是一个规划较大的项目,激光雷达技术的运用对其管理起着至关重要的作用。利用激光雷达技术生成的公园 3D 图像有助于公园未来的发展。

8.环境评价

环境评价

利用激光雷达数据生成的微地形数据可用于环境评价。环境评估是为了保护植物和环境而进行的。遥感与地表信息 (LIDAR) 可用于寻找受人类活动影响的区域。

9.鸟类的生物多样性

鸟类的生物多样性

激光雷达技术是以寻找森林的详细信息方式发展起来的。森林是各种鸟类、动物和昆虫的家园。科学家们正在使用激光雷达数据来分析森林(以及它的垂直结构) 是否适合他们生存。树木、灌木和其他植物的垂直结构告诉我们,哪些物种比较适合,可以在该地区生活和繁衍。

10.洪水模型

洪水模型

激光雷达被用来建立高分辨率、高精度的河流表面模型。这些提取的激光雷达信息可以用于三维模拟,以便更好地规划河岸上的建筑物。

11.流域和河流的划定

流域和河流的划定

利用激光雷达生成的数字高程模型 (DEM) 可应用于流域和河流的划定。高精度的 DEM 是创建该模型的主要输入来源,并使用了地理信息系统软件来创建该模型。 这种方法可以计算特定水道的分水岭,找出陆上洪水的分水岭。

12.ELC

ELC

ELC 是生态与土地分类的简称。它能够提供景观的生物和物理信息,为可持续管理提供帮助。ELC 在土地利用规划、环境评估、森林管理、栖息地管理等领域提供帮助。在土地分类过程中,高分辨率的激光雷达数据有助于了解土地的性质和类型,并有助于土地分类过程。

13.河流测量

河流测量

利用激光雷达的透水绿光 (532 纳米) 在水下进行测量。水下信息需要了解深度、水流强度、河流宽度等。对于河流工程,从激光雷达数据 (DEM) 中提取其断面数据,建立河流模型,生成洪水航道和洪水条纹图。海洋工程师也可以使用激光雷达数据老探索海底世界。

14.污染模型

污染模型

激光雷达波长较短,工作在紫外线、可见光或近红外区域。这有助于对大小相同或大于波长的对象成像。因此,激光雷达可以探测到二氧化碳、二氧化硫和甲烷的污染物颗粒。这些信息有助于研究建立该地区的污染物浓度图,以便更好地进行城市规划。

15.制图

制图

从激光雷达创建的表面模型可用于为地图增加图形价值。DEM (来自 LIDAR )将添加到显示土地三维视图的所有图层下方,特别是在航片上增加了激光雷达数据 (DEM),使道路、建筑物、桥梁和河流的规划更加方便。

16.海岸线管理

海岸线管理

研究人员可以结合海岸线表面和水面下的激光雷达数据,分析海岸线的波浪行为和覆盖的面积。如果这些数据被定期捕获,那么海洋科学家就可以了解海岸线侵蚀的发生。

17.交通规划

交通规划

激光雷达数据可以帮助工程师,为其提供路线图。激光雷达是高度精确的技术,它有助于了解现有道路的宽度、高程和长度。道路工程师还可将激光雷达数据用于以下情况:

  • 计算挖方和填方、涵洞大小、植被移除、坡度计算等;
  • 高度间隙;
  • 通行权和路面状况;
  • 油气勘探;

18.油气勘探

油气勘探

激光雷达波长较短,利用这一特点,它可用于探测波长相同或更大的大气中的分子含量。一种名为 DIAL (差分吸收激光雷达)的新技术,可用于追踪碳氢化合物区域上方的气体数量。这种追踪有助于找到石油和天然气矿藏。

19.采矿

油气勘探

激光雷达也用于采矿业务的各种任务,通过拍摄一系列回采空间照片来测量矿体体积。这些间隔照片则被用来计算体积。

20.考古学

考古学

激光雷达在考古学家了解地表方面发挥了重要作用。由于激光雷达可以探测到植被隐藏的微地形,这有助于考古学家了解地表。激光雷达生成的 DEM 被送入到 GIS 系统中,并与其他层结合起来进行分析和解释。

21.探索采石场和矿产地

探索采石场和矿产地

对于考古学者来说,通过寻找采石场和矿场来了解人类文明是非常重要的。

22.视域分析

视域分析

视域分析是地理信息系统中常用的名称,它使用数字高程模型 (DEM) 来创建视域地图,通过单个单元格来确定在所有其他剩余单元格中是否可见。分析的准确性取决于输入的 DEM 值。因此,利用激光雷达生成的高精度 DEM 被用于这些类型的分析。

23.太阳能计划

太阳能计划

太阳能在取暖和发电方面越来越受人们的欢迎。太阳能电池板被用来吸收来自太阳的热能,并将其转化为热能或电能。对于太阳能电池板的安装,有一些基本要求,这些要求是通过激光雷达数据确定的。像太阳能板一样,应该保持在屋顶的南面,应该具备最小的面积等等。

24.采光的权利

采光的权利

每个房主都想拥有采光条件好的房屋,由于激光雷达数据可以捕捉建筑物的3D 模型,因此可以使用地理信息系统分析生成阴影图,通过该图显示一天中特定时间的光照区域。进而选择自己心仪的房屋。

25.冰川体积变化

冰川体积变化

激光雷达用于计算冰川在这段时间内的变化。激光雷达图像是按时间序列拍摄的,方便观察发生的变化。例如,激光雷达图像是从2007-2009年拍摄的冰岛,该项目于2012年完成。这些捕获的数据将帮助科学家了解体积变化量。

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