MKS科研应用之激光雷达测绘

日期：2023-05-11 浏览量：346

▍激光雷达测绘                          

激光雷达是光学雷达的缩写，是一种利用脉冲激光测量距离（可变距离）并产生精确、3D数据的遥感方法，高质量激光雷达系统的关键部件是传输光束的激光源。

激光雷达提供的准确性数据和细节可以帮助当地政府和其他土地管理组织做很多应用，以下是使用MKS光谱物理激光器的激光雷达应用示例。

▍广域、走廊和城市测绘以及城市规划                          

准确的地形测绘对于高速公路走廊规划和设计、环境影响评估和基础设施资产管理非常重要。激光雷达数据可用于创建高度详细的数字城市模型，并识别新建筑和扩建部分等以前未在基础地图上捕获的区域，这对于需要获得最新可用信息的应急服务和建筑检查员来说可能至关重要。图1是从机载激光雷达检测到的广域地形和城市测绘案例。

图1.使用光谱物理激光器的激光雷达城市测绘。图片由Leica Geossystems（上图）和Teledyne Optech（下图）提供。

▍植被测绘

准确的植被测绘对于自然资源管理、森林清查、生态分析、火灾管理规划和保护规划至关重要。激光雷达在测量森林树冠和单个树冠的垂直结构方面具有独特的能力。图2显示了从机载激光雷达检测到的植被测绘情况，该数据是通过同时使用1064nm和532nm双通道激光器探测到的，通过结合来自各个通道的校准反射率值，支持确定树种或自然与人造物体等附加属性。

▍电力输电线路测量

机载激光雷达是一种成熟的技术，可为输电线路提供精确的高程模型，允许公用事业公司测量输电线路下方的地面形状、塔和杆的位置、电线上的凹陷以及任何植被的向上生长或其他类型的入侵。图3显示了从机载激光雷达检测到的电力线路案例。

▍海岸边界测绘

机载激光雷达测深已被证明是监测沿海环境的有效工具。这项技术的重要好处是能够无缝地测量陆地-海洋边界，并绘制地形复杂且不规则的极浅地区的地图。图4显示了从机载激光雷达检测到的海岸测绘案例。

图4.基于激光雷达的海岸测绘，使用光谱物理激光器。图像由Leica地理系统提供。

▍考古和历史调研                          

近期，使用激光雷达发现了几个古代文明的结构，显示了新型激光雷达测绘技术对历史、考古和人类学研究的重要作用，这些发现包含位于英格兰北部的古罗马道路和隐藏在危地马拉北部茂密丛林下的巨大玛雅城市。

通过新型激光雷达3D地形测绘工具，中美洲丛林中的发现揭示了危地马拉佩滕地区丛林深处埋藏的大量玛雅建筑。除了数百个以前未知的结构外，激光雷达图像显示了连接城市中心和采石场的高架高速公路。复杂的灌溉和梯田系统支持了集约化农业，能够养活大量工人，激光雷达测绘结果生动地重塑了景观。这一发现表明，这个有1200年历史的文明比以前想象的更先进，可以与古希腊或中国等复杂文化相媲美。

▍激光雷达应用的未来方向                          

激光雷达是一项快速发展的技术，在功率、精度和速度等方面都在持续发展，这些高速发展会为激光雷达技术带来新的应用空间。例如，通过更高的有效脉冲速率降低每点成本是未来解决大面积、高点密度项目的最佳方式。激光雷达技术的最新发展旨在提高单个扫描仪或同时操作两个扫描仪的脉冲重复频率。MKS光谱物理激光器目前提供最先进的性能，脉冲重复频率高达2 MHz，而下一代激光雷达将需要更高的重复频率能力。

除了更高的重复频率，激光雷达应用将需要更高功率的激光器，同时保持接近衍射限制的光束质量，以实现更高的高度和采集速率。此外，更短的脉冲持续时间（约1纳秒）对于实现更高的精度是必要的。随着脉冲光纤激光器的改进，机载激光雷达将继续显示出显著的进步，从而为各个行业带来积极的变化，例如提高资源管理效率、更有效的基础设施规划和更好的自然灾害准备。