盘点 LiDAR 技术的15个广泛应用

盘点 LiDAR 技术的15个广泛应用

2022-11-11 作者: xuzhiping 浏览: 148 次

摘要: LiDAR 是光探测和测距的简称。LiDAR 技术是一种遥感技术,通过以 3×108m/s 的速度提供光束,光束 (脉冲激光) 照射物体并在一段时间内反射回来,就可以精确地测量距离,光速或电磁波速度=距离 / 时间。距离=速度 x 时间,根据上述关系来确定距离...

LiDAR 是光探测和测距的简称。LiDAR 技术是一种遥感技术,通过以 3×108m/s 的速度提供光束,光束 (脉冲激光) 照射物体并在一段时间内反射回来,就可以精确地测量距离,光速或电磁波速度=距离 / 时间。距离=速度 x 时间,根据上述关系来确定距离。LiDAR 技术在各个行业和领域都有多种应用和用途。本文将介绍 LiDAR 的15个应用。

1. DEM

DEM

DEM 是数字高程模型的缩写。它是包含在大小从 1M 到 90M 的单元格上的栅格数据(图像)。每个单元包含的高程信息可以成功地用于地貌、水流模拟、土地地形、大坝和水库调查、土地测量、地表三维可视化等。与传统测量相比,LiDAR 技术获取的 DEM 在精度方面极大地促进了先进的测量。

2. 车辆自动化

车辆自动化

如今,LiDAR 技术被用于使车辆实现自动化。LiDAR 通过获取道路信息,将其传递给计算机化系统,并像人类一样做出决策。例如,LiDAR 检测道路上的黄线,并保持车辆停留在黄线上。

3. 森林管理和规划

森林管理与规划

对于准确的生态和土地利用分类,LiDAR 技术是提供更精确和准确信息的正确选择。LiDAR 技术通过测量森林的密度和树冠的垂直结构来绘制森林地图。利用 LiDAR 技术可以了解森林的复杂结构,预防森林火灾。LiDAR 的成像机理和一般的光学遥感大不相同,它对森林地形以及森林植被分布形式的勘测能力极强,在对森林高度进行探测时,将这种优势发挥的淋漓尽致,更重要的是 LiDAR 具有的这种优势是很多遥感设备无法比拟的。

4. 洪水评估

洪水评估

LiDAR 技术使用脉冲激光的方法来评估和记录地球、海底或河床上的三维信息。因此,LiDAR 技术的使用成功地获取了涨落数据,这对评估洪水灾害和风险至关重要。传统的航空摄影测量技术经过多年的不断发展,至今也非常成熟,在基础测绘及 4D 产品生产发挥着重要作用。业界一般采用小比例尺的地形图或遥感影像数据来分析研究山洪灾害的发生机理,缺少山洪沟内的详细大比例尺地形图和高分辨率的遥感影像数据的应用案例。随着测量技术手段的不断发展提高,传统的数据获取方法不能再满足山洪灾害问题研究的需要,一些先进的测量手段被广泛应用于复杂地区的地形模拟和洪水实时动态监测中,如航测技术和机载 LiDAR 快速处理测量技术在山洪灾害应急监测中的应用。

5. 河流力学

河床力学

LiDAR 技术能够成功地测量河流的横断面、宽度、长度、流速和流量,以预测流量的变化,从而实现最佳管理。同时,3D LiDAR 扫描技术以精度高、测量速度快的特点被应用于多个行业,为快速获取河道流场结构,开展60°弯道动床模型试验,探索采用 LiDAR 扫描技术获得河床数字地形,以激光扫描数字地形和水准测量地形为边界开展水流数值模拟,并将模拟值与试验测量值进行对比分析。

6. 坝址选择

坝址选择

LiDAR 技术可以成功地用于确定水库和大坝的正确建设地点,水库的容量,有关大坝及其溢洪道的所有必要的主要信息,以及取水渠道的正确路线。

7. 空气污染

由于空气污染

LiDAR 技术成功地探测到了空气中含有的污染颗粒和野火产生的烟雾颗粒以及硫磺,为改善空气质量做好了预案。LiDAR 发射激光,击中空气中含有的颗粒物,通过分析检测颗粒物的性质。LiDAR 利用激光的高方向性、高亮度和高脉冲重复率等特性,具有很高的空间、时间分辨能力和很高的探测灵敏度等优点,被广泛地应用于对大气、海洋、陆地和其它目标的高精度遥感探测中。LiDAR 技术以激光与各种污染物相互作用的物理化学过程为基础,发展环境监测专用激光雷达技术,能够在一段距离内对空气污染在大范围内空间三维分布进行实时监测,便于进一步了解区域内空气污染物随时间和空间变化的规律,对于污染扩散和重大污染源追踪、污染过程监测、空气污染预报、乃至大气环境控制都具有十分重要的意义。LiDAR 技术正以其特有的技术优势成为环境污染包括空气污染监测的重要手段。

8. 制图

制图学

LiDAR 技术在地图学领域发挥着举足轻重的作用,它可以在大范围的短时间内制作出更精确、更详细的地图。与传统的测量和摄影测量方法不同,LiDAR 技术是一种非常快速的方法,可以非常快速地制作具有 3D 地图能力的地球表示法。

9. 气象学

气象学

激光束与大气物质相互作用而产生回波信号是大气探测激光雷达进行大气探测的关键。LiDAR 探测大气环境的工作原理是激光器发射的激光,通过与大气中的气溶胶及各种大气成分的作用而产生后向散射信号。对探测器接收的携带被测物质有关的信息(吸收、散射等)进行分析处理,便可得到所需的大气物理要素 (如大气消光系数、速度、密度等)。激光雷达技术使气象部门能够对天气预报做出正确的预测。气象部门的专家对来自 LiDAR 技术的数据进行分析,进而预测气候条件和天气预报。

10.农业

农业

在 3D 地图的帮助下,LiDAR 技术有助于预测特定地区的太阳曝光量和坡度。这些信息还被用来预测肥料供应量、土壤肥力、合适的种植时间、植物的类型和模式以及适宜的供水量(灌溉)。自遥感技术民用化以来,其在农业生产的调查、评价、监测和管理等方面均有广泛应用。LiDAR 作为遥感技术的新发展成果,在农业应用领域具有传统影像的优势。

11.海啸

海啸

每年,海啸都会造成巨大的破坏,夺去数千人的生命。LiDAR 技术具有很高的精确度,可以显示影响海啸淹没范围和深度的精确地形特征和测量密度。

12.土地调查

土地调查

LiDAR 为土地调查数据源,可开展广泛深入的研究。例如采用 LiDAR 数据开发基于土地利用图斑单元自动变化检测算法,实现土地利用日常变更的自动化处理。将 LiDAR 技术与土地调查工作相结合,是一种有益而成功的尝试,不仅丰富了土地调查的技术手段,提供了新方法、新思路, 而且对于 LiDAR 技术推广应用到各个领域也是种有积极意义的实践。

13.分水岭划定

分水岭划定

LiDAR 获取的 DEM 的分水岭描绘更加精确和准确,由于LiDAR 技术通过其强大的激光光束捕捉到树冠和植被上的微小凹陷和变化。因此,带有溪流的分水岭的细节更加准确。

14.海洋水深测绘

海洋水深测绘

LiDAR 可以很容易地将水穿透到深处,并反射回来,从而预测海洋深度、动物种类等珍贵物质。激光雷达技术使海洋导航能够在现代线条上显示整个海洋的信息地图。

15.建筑

施工

LiDAR 在建筑施工中引入了 3D 打印、阴影分析、土地分类、隧道测量和缺陷检测等技术,给建筑领域带来了一场革命。在建筑工程中,LiDAR 测绘技术对传统测绘技术不只是一种完善,更是一种发展,使建筑工程测绘工作在建筑工程施工过程中发挥更大的作用。这包括基础信息的收集、精密信息的测量、进行数字高程建模以及模拟城市建设等。建筑工程的施工是城市建设的一部分,为了促使建筑工程的施工过程更加科学化和合理化,有关部门将 LiDAR 测绘技术应用到了城市的规划建设工作中。通过 LiDAR 测绘技术可以对整个城市或者城市中的部分区域进行有效测绘,对未来城市的发展规划进行模拟和演示,从而制定更加合理的城市建设方案。

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