Flash Lidar builds new applications for 3D mapping

Time:2024-04-30 Reading times:765

激光雷达英文简称:Laser Radar/LADAR/LIDAR(Light Detection and Ranging),其实现基本原理与传统的毫米波雷达类似,通过向目标发射激光脉冲,并测量激光脉冲从发射到接收的时间差,从而计算出目标的距离。根据扫描方式的不同,激光雷达可以分为机械式、半固态式、固态式。目前从车载领域到测量测绘领域,最常接触和应用落地最多的激光雷达往往都是机械扫描式,原因在于机械激光雷达技术相对成熟,各类测试认证流程相对简单,然而其也存在结构复杂,可靠性较差等缺点。

作为最新的激光雷达技术路线,全固态Flash激光雷达结构最简单,集成度最高。Flash激光雷达通过高密度的激光源阵列,像手电筒一样,能在短时间内发射出覆盖一片区域的激光,并用高灵敏度的接收器来构建三维图像,从而可以创建用于各种应用领域的高分辨率数字表面、地形和高程模型。


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图1 【图源网络,侵删】


在过去十年中,无人机作为小型化的无人设备,在环境测绘监测应用领域发展迅速。通过在无人机上增加Flash全固态激光雷达系统,可以在测绘监测领域实现高精度、实时化检测。


激光雷达系统收集和映射探测对象的详细信息,生成精确的3D点云信息,而后通过后端建立各类物理模型例如房屋、植物、树木、建筑物、堤防等基础设施,实现对物理世界的数据孪生。


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图2 【图源网络,侵删】


激光雷达搭载无人机的应用领域


1.紧急救援现场


激光雷达是一种主动光源系统,使用紫外光、近红外光不需要外部光源,就可以对物体进行成像的有效映射,因此即使在无光条件下仍然可以实现检测。例如,在夜间监测洲际堆积时,可以轻松部署配备激光雷达的无人机单次通过现场。


作为基于无人机的解决方案,可以即时返回具有可见细节的准确信息,作为现场决策的信息来源。通过高精度的3D模型数据,工作人员可以通过非物理接触实现对现场的立体监控,从而大大提高救援的效率。


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图3 【图源网络,侵删】


2. 农林日常监控


传统的农林检测,更多依靠2D相机实现照片比对,但实际上森林规模庞大,评估森林清单的传统方法既耗时又低效,有时仅仅是大面积的粗略估计。使用配备激光雷达的无人机,林务员可以测量树冠高度、覆盖范围、树木密度,甚至可以测量单个树木的位置和高度。这就消除了传统方法的不准确性和低效率。配备激光雷达的另外一大优点是,在人眼不能进行这些测量的范围也能进行这些测量,如测量树冠高度和树木密度等,实现对危险树木的剪枝提供可靠技术保障。


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图4 【图源网络,侵删】


3. 地形建模与监控


与传统地面测量方法相比,激光雷达通过使用检测远处物体(例如树叶、灌木、树木甚至草)的方法,借助分析从物体表面反射的脉冲激光来确定它们的位置、速度和其他特征,为地面操作人员提供可以作业参考的地形轮廓3D模型。例如通过对国道危险山体的监控,在减轻维护人员攀爬等危险工作的同时,也能实现山体滑坡预防监控等效果。


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图5 【图源网络,侵删】


4.电力线检查


激光雷达具有较高的分辨率,且不受常规气象条件的影响,通过数据分析就可以从点云中提取有关电力线和极间距离的详细信息。这使得测量员能够分析电力线走廊的详细结构,包括植被、道路和房屋等信息,从而识别潜在风险。在对应的在电网施工中,通过电缆线的识别与预警,可以避免工作人员触电的危险。


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图6. ABAX-CZ-30模组实拍


5. 地形和水深测量


地形和水深测量通常覆盖大面积地形,通常使用飞机和直升机进行。地形激光雷达使用近红外激光绘制陆地地图,而测深激光雷达则使用透水绿光来测量海底和河床。


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图7 【图源网络,侵删】


6. 隧道类形变测量


传统的隧道形变测量方法需要数天才能完成整个隧道建模,而借助flash激光雷达技术,整个城市可以在几分钟内以3D方式绘制出来,从而实现对隧道/地下管道形变的检测。


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图8. ABAX-CZ-80模组隧道场景实拍灰度图


7. 矿山测量


由于矿山地形复杂,采用全站仪和GPS等传统的测量手段进行高精度测绘工作往往费时费力。近年来快速发展的三维激光扫描技术为解决复杂的矿山地形测量和数字矿山建设提供了新的技术手段。激光雷达技术具有高分辨率、高采样率以及非接触测量的优势,非常适合用于获取矿山的复杂表面和高危区域的空间三维信息。


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图9 【图源网络,侵删】


综合以上应用场景介绍,无人机配备全固态flash激光雷达可以提供高分辨率的地形数据,用于建立精确的地图模型。相比传统的地面测量方法需要人工测量,费时费力且精度较差,而采用全固态Flash激光雷达可以快速准确地获取地形数据,为城市规划、自然资源管理、灾难监测等领域提供数据支撑。未来基于全固态Flash激光雷达+无人机将在测量领域大显神威,成为测量人手中的神兵利器。