激光雷達(dá)的歷史可以追溯到1960年代初。1969年，安裝在阿波羅11號(hào)飛船的激光測(cè)距儀來測(cè)量從地球到月球的距離。在近四十年后的今天，激光雷達(dá)已成為地理空間行業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)。 GIM International 提出了一個(gè)包括8個(gè)具有創(chuàng)造性的LiDAR項(xiàng)目匯總，這7個(gè)項(xiàng)目展示了激光雷達(dá)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(shí)驗(yàn)森林站點(diǎn)Paracou，通過機(jī)載激光雷達(dá)收集搜索范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，使得短期可以對(duì)熱帶雨林樹冠層有更好地理解和量化。此站點(diǎn)使用機(jī)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(gè)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(cè)系統(tǒng)還可以安裝在無人駕駛飛行器(UAV)中。

　　通過點(diǎn)云技術(shù)探尋室內(nèi)空間

　　

 

　　室內(nèi)點(diǎn)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(jì)進(jìn)行空間標(biāo)識(shí)的情況下，就需要使用快速的執(zhí)行方法進(jìn)行室內(nèi)空間探尋。

　　2015年，代爾夫特理工大學(xué)做碩士測(cè)繪項(xiàng)目的學(xué)生已經(jīng)開發(fā)出一種方法來有效地識(shí)別和連接空間結(jié)構(gòu)的點(diǎn)云技術(shù)。此項(xiàng)室內(nèi)點(diǎn)云技術(shù)旨在探究點(diǎn)云處理，專注于室內(nèi)點(diǎn)云，構(gòu)建了一個(gè)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(shí)別空間和關(guān)注室內(nèi)探尋對(duì)象的邊界問題。項(xiàng)目在酒吧實(shí)驗(yàn)進(jìn)行點(diǎn)云架構(gòu)，使用了ZEB1移動(dòng)激光掃描儀對(duì)空間進(jìn)行了9mx15mx5m的測(cè)量。此次的彩色點(diǎn)云結(jié)合了徠卡C10激光掃描儀，目前僅用于視覺顯示。

　　點(diǎn)云技術(shù)包含了大量的潛在信息，它可以掃描對(duì)象及其表面，但也可以穿越探尋空間。點(diǎn)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?yàn)樗軌驅(qū)⒆⒁饬性诳捎每臻g探尋中，而不是被邊界點(diǎn)或其他對(duì)象干擾;它也可以用于其他應(yīng)用程序中進(jìn)行整個(gè)范圍的探尋，如可用存儲(chǔ)空間的評(píng)估、計(jì)算和量化大型對(duì)象通過狹窄空間的線路方案。相信點(diǎn)云將會(huì)在室內(nèi)導(dǎo)航方面得到進(jìn)一步的發(fā)展。

　  監(jiān)測(cè)南極冰橋消融情況

 

　　南極冰橋行動(dòng)旨在測(cè)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(gè)星期時(shí)間里，NASA的dc - 8空中實(shí)驗(yàn)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(dá)、國(guó)家冰雪數(shù)據(jù)中心的大數(shù)據(jù)對(duì)南極冰蓋的長(zhǎng)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(jìn)行收集和存儲(chǔ)。

　　雷達(dá)可以測(cè)繪高海拔情況。冰橋使用了四個(gè)雷達(dá)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(xì)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(gè)頻段的雷達(dá)是不同的，彼此之間配合對(duì)整個(gè)雪/冰板從表面到基巖或海面進(jìn)行探測(cè)。

　　建立一個(gè)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(jìn)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(diǎn)云數(shù)據(jù)。通過對(duì)這些移動(dòng)測(cè)繪車輛數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成了確保隱私的、詳細(xì)的線路圖。這個(gè)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(dòng)駕駛汽車方面的應(yīng)用。

　　在移動(dòng)制圖方面，每輛車配備了擁有激光掃描儀、照相機(jī)和GNSS / IMU系統(tǒng)的高臺(tái)。該掃描儀是一個(gè)小型的旋轉(zhuǎn)掃描儀Velodyne HDL-32E，掃描器收集可高達(dá)每秒700000個(gè)點(diǎn)，掃描儀的測(cè)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(xiàng)目中，用激光雷達(dá)采集三維數(shù)據(jù)的同時(shí)，還會(huì)時(shí)刻精確記錄采集的位置。

　　對(duì)山地遺跡進(jìn)行測(cè)量和科研

　　

 

　　在遺跡項(xiàng)目中，朱諾神廟下方的斜率的三維重建有三個(gè)不同的分辨率，可具體根據(jù)塊、山脊和地形等來進(jìn)行計(jì)算，并從不同方向的任何部分進(jìn)行巖石塊脫落的動(dòng)力學(xué)解釋和評(píng)估上部山脊的原始體積等。進(jìn)一步的研究和調(diào)查，可以在互動(dòng)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(gè)元素的最大分辨率來進(jìn)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(xiàng)目是對(duì)危巖山谷進(jìn)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(jià)值。

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

　　經(jīng)過實(shí)驗(yàn)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(diǎn)分類方面，所獲得的結(jié)果及其質(zhì)量，必須使用激光測(cè)量尺寸等，這取決于儀器的角分辨率。事實(shí)上，對(duì)生產(chǎn)有效的高分辨率3D模型來說，點(diǎn)對(duì)對(duì)象分類確定性是至關(guān)重要的。

　　在公路養(yǎng)護(hù)中擔(dān)當(dāng)重任

　　

 

　　移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)(MMS)是從一輛面包車或其它移動(dòng)平臺(tái)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(xiàng)應(yīng)用已經(jīng)在很多國(guó)家愛進(jìn)行試驗(yàn)精度評(píng)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(jì)算道路的維護(hù)精度評(píng)估。

　　MMS在很短的時(shí)間周期內(nèi)，可以對(duì)道路和直接接觸的環(huán)境進(jìn)行較高的精度和詳細(xì)的測(cè)繪，同時(shí)最大限度上協(xié)助減少了滋擾的交通和事故的風(fēng)險(xiǎn)。

　　應(yīng)用于城市街景

　　

 

　　使用移動(dòng)激光雷達(dá)技術(shù)探測(cè)這個(gè)繁忙的街道，顯著縮短數(shù)據(jù)采集時(shí)間，并及時(shí)提供了測(cè)量數(shù)據(jù)交付給城市規(guī)劃者;此外，詳細(xì)的點(diǎn)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(dòng)激光雷達(dá)是一種創(chuàng)新的繪圖解決方案。它結(jié)合了最先進(jìn)的雷達(dá)傳感器、攝像頭和定位設(shè)備能夠快速、準(zhǔn)確地收集調(diào)查的點(diǎn)數(shù)據(jù)。移動(dòng)激光雷達(dá)技術(shù)非常適用于細(xì)節(jié)性超常的項(xiàng)目要求，如街景設(shè)計(jì)。準(zhǔn)確點(diǎn)云數(shù)據(jù)集提供項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的“全貌”，并能交付三維可視化和模擬等項(xiàng)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(dá)與無人機(jī)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(xì)和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，面對(duì)有效數(shù)據(jù)獲取的高昂費(fèi)用，地面雷達(dá)和無人機(jī)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(gè)結(jié)合提供的數(shù)據(jù)能夠使建筑規(guī)劃師對(duì)所得到的點(diǎn)云圖像，尤其是對(duì)圖像中重疊區(qū)域進(jìn)行比較準(zhǔn)確的分析和評(píng)估。

　　能快速測(cè)量是大多建筑師和規(guī)劃師的需求，激光雷達(dá)數(shù)據(jù)為當(dāng)前建筑物在重建和維護(hù)方面的狀態(tài)評(píng)估奠定了基礎(chǔ)。在上面提到的項(xiàng)目中，地面雷達(dá)和無人機(jī)攝影的結(jié)合是一個(gè)更加合乎邏輯的解決方式，因?yàn)樗鉀Q了精度、位置、圖像及其他點(diǎn)云數(shù)據(jù)方面的困擾，它能夠在密度和精準(zhǔn)度上為整個(gè)建筑物生成更加精確的3D模型;另一方面，從經(jīng)濟(jì)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(gè)具有創(chuàng)造性的LiDAR項(xiàng)目的實(shí)踐應(yīng)用，展示了激光雷達(dá)為地理信息提供了無限的可能性。（文|泰伯網(wǎng) 王雙陽）