但是什么是LiDAR呢，它又是如何與無人機(jī)一起使用的呢?
這篇文章將深入討論這個(gè)主題：首先將對LiDAR進(jìn)行詳細(xì)講述，然后再闡述LiDAR與無人機(jī)一起使用的不同場景。
LiDAR意為何物?
LiDAR這個(gè)詞有時(shí)被認(rèn)為是Light Detection And Ranging(光感測距技術(shù))的首字母縮略詞，有時(shí)被認(rèn)為是Light Imaging, Detection, And Ranging(光成像，檢測以及測距)的首字母縮略詞，但它最初則是Light和Radar(光和雷達(dá))兩個(gè)單詞的融合。
LiDAR是一種土地測量方法，通過用脈沖激光照射該目標(biāo)區(qū)域，并用傳感器測量反射脈沖，從而測量與目標(biāo)區(qū)域的距離。然后，通過使用激光返回所需的時(shí)間以及波長的差異來制作目標(biāo)區(qū)域的數(shù)字3D顯示。
聲納也是通過類似的方式運(yùn)作，聲波從目標(biāo)對象上反射并返回到其來源處，從而測量出到不同點(diǎn)的距離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)景觀的3D可視化。
LiDAR成像示例：Velodyne無人機(jī)3D繪圖系統(tǒng)
無人機(jī)激光雷達(dá)(LiDAR)是一種相對較新的土地測量技術(shù)，使用了高精度激光掃描儀、全球定位系統(tǒng)(GPS)以及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)。這三者組合可以實(shí)現(xiàn)令人難以置信的精確3D繪圖。
相對于涉及了從大量照片合成數(shù)據(jù)的攝影測量技術(shù)而言，LiDAR技術(shù)革命性的一面是允許測量員直接穿過葉枝和其他干擾碎片，以實(shí)現(xiàn)景觀詳細(xì)地形圖的構(gòu)建，而無需進(jìn)行實(shí)地勘察。
當(dāng)前無人機(jī)是如何與LiDAR共同使用的?
在無人機(jī)之前，LiDAR技術(shù)只能用于飛機(jī)，這意味著其價(jià)格高昂，尚不能做到廣泛推行。
但是隨著無人機(jī)技術(shù)變得越來越實(shí)惠，LiDAR技術(shù)也開始逐漸進(jìn)入大眾視野，這意味著準(zhǔn)確的測量開始變得對所有人都可用，而不僅僅是只能應(yīng)用于大型、資金充足的項(xiàng)目。
雖然LiDAR技術(shù)成本仍然比攝影測量法要高(我們將在下文詳細(xì)地介紹這兩種測量數(shù)據(jù)收集方法之間的差異)，但相比一年或兩年前，該技術(shù)接受度也更高。
配備了LiDAR數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的無人機(jī)
在進(jìn)行以下測量時(shí)往往需要使用LiDAR技術(shù)：
對樹冠，礦場輸送機(jī)和其他障礙物進(jìn)行繪圖時(shí);
對需要更準(zhǔn)確細(xì)節(jié)的細(xì)長物體進(jìn)行建模時(shí)，如傳輸線、管道、具有尖銳特征的物體(比如 屋脊邊緣)或巖石場等。
下面將對一些使用了LiDAR技術(shù)的場景進(jìn)行詳解。
考古學(xué)
LiDAR技術(shù)最值得稱贊的(而且很炫酷的)用途之一就是幫助考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)新的廢墟遺址，并幫助他們對遺址進(jìn)行更好的了解。
在大多數(shù)情況下，考古學(xué)家可能不愿意對遺址進(jìn)行進(jìn)一步挖掘，因?yàn)樗麄儾幌朊半U(xiǎn)破壞目前在地球和沙土上保存下來的遺址，但是通過使用LiDAR技術(shù)，他們則不需要進(jìn)行任何挖掘工作就能了解遺址的具體構(gòu)造。
今年早些時(shí)候，就有報(bào)道透露，通過使用LiDAR技術(shù)，對位于中美洲地區(qū)，擁有著瑪雅文明遺跡遺址、延伸430英里的埃爾米拉多(El Mirador)盆地進(jìn)行了勘察;而這也是首次通過LiDAR技術(shù)發(fā)現(xiàn)的遺址。
如果不借助LiDAR技術(shù)，則或許不會(huì)發(fā)現(xiàn)埃爾米拉多，或者至少不會(huì)發(fā)現(xiàn)其全貌，這是非常重要的。因?yàn)榇舜伟柮桌鄰U墟的發(fā)現(xiàn)表明了相比現(xiàn)有考古學(xué)理論對瑪雅人所推測的遠(yuǎn)古時(shí)代更久遠(yuǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致我們對整個(gè)瑪雅世界認(rèn)知的重新反思。
農(nóng)業(yè)
LiDAR技術(shù)能幫助農(nóng)民發(fā)現(xiàn)昂貴的肥料使用過度的區(qū)域，以及幫助構(gòu)建能被進(jìn)行轉(zhuǎn)化構(gòu)建邊坡和陽光照射區(qū)域地圖的農(nóng)田高程地圖。
通過LiDAR提供的圖層信息可用于創(chuàng)建作物生產(chǎn)區(qū)域圖，提取的數(shù)據(jù)可以幫助農(nóng)民節(jié)約肥料，并極大地優(yōu)化其工作。
工業(yè)測量和繪圖
LiDAR能用于各種工業(yè)應(yīng)用，以構(gòu)建如下3D地圖：
庫存測量;
礦山和采礦礦石量測量;
大型工業(yè)項(xiàng)目和建筑項(xiàng)目的地形繪圖;
資源追蹤;
測量交通道路(即使有汽車在駛時(shí))。
需要注意的是，在工業(yè)應(yīng)用中，LiDAR通常與攝影測量結(jié)合使用(下文將對兩者進(jìn)行深入比較)。
自然資源保護(hù)
LiDAR有助于為保護(hù)工作制作準(zhǔn)確的地圖，美國許多州已經(jīng)進(jìn)行了密集的數(shù)據(jù)收集工作，以更好地了解自然資源，從而更好地開展保護(hù)工作。
例如，美國愛荷華州自然資源部利用LiDAR數(shù)據(jù)來通報(bào)他們的地理信息系統(tǒng)(GIS)，這是一個(gè)關(guān)于該州所有自然資源的信息庫。
林業(yè)也是使用了LiDAR測量樹冠層高度、生物量測量以及葉片面積的一個(gè)領(lǐng)域。
水資源保護(hù)是利用地激光雷達(dá)數(shù)據(jù)來繪制涵洞、沖積平原，流域以及淹沒地區(qū)(即今后可能發(fā)生洪澇和干旱的地區(qū))地圖的另一個(gè)領(lǐng)域。
“LiDAR數(shù)據(jù)，包括輪廓圖、數(shù)字高程模型、山體陰影投影圖等衍生品都有助于廣泛的自然資源保護(hù)。”-明尼蘇達(dá)大學(xué)水資源中心
此外，還能通過LiDAR進(jìn)行沙丘監(jiān)測以及其他相關(guān)自然資源監(jiān)測;甚至有一些國家公園開始使用無人機(jī)對沙丘運(yùn)動(dòng)進(jìn)行繪制和建模，從而實(shí)現(xiàn)相關(guān)調(diào)查。
無人駕駛汽車
激光雷達(dá)可以偵測道路上的黃線，從而引導(dǎo)車輛行進(jìn)路線;自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)(ACC)也使用了激光雷達(dá)技術(shù)，從而幫助車輛實(shí)現(xiàn)巡航控制，在前面有車輛時(shí)減速，而在沒有任何車輛的時(shí)候進(jìn)行加速。
攝影測量法vs激光雷達(dá)技術(shù)
當(dāng)談及測繪時(shí)，對于攝影測量法和激光雷達(dá)技術(shù)的比較價(jià)值一直有著持續(xù)的爭論。
事實(shí)是，沒有一個(gè)正確的答案;這只不過是關(guān)于具體應(yīng)用的問題而已。對于某些用例而言，使用攝影測量法更好;而對于其他應(yīng)用而言，使用激光雷達(dá)技術(shù)則更佳。
攝影測量是通過對照片進(jìn)行測量，從而記錄表面單個(gè)點(diǎn)的具體位置，進(jìn)而形成3D繪圖。
攝影測量一直是一個(gè)耗時(shí)的過程，但是由于可以通過一次飛行就能對單個(gè)地點(diǎn)拍攝成千長航拍圖片，而且已經(jīng)開發(fā)出了將所有這些圖片融合成一張3D圖片的新技術(shù)，無人機(jī)已經(jīng)從根本上改變了一切。
那么你知道何時(shí)該使用LiDAR，何時(shí)該使用攝影測量法嗎?
大體上來說，一般規(guī)則是，攝影測量法適用于對那些沒有被樹覆蓋或其他障礙所阻擋的大型場所的測量;而激光雷達(dá)技術(shù)則適用于較小受阻的場所。
在以下情況下使用激光雷達(dá)技術(shù)：
在給樹冠、礦場輸送機(jī)以及其他障礙物進(jìn)行繪圖時(shí)，很難通過攝影測量技術(shù)為物體阻擋地面的區(qū)域構(gòu)建高程模型。
對需要更準(zhǔn)確細(xì)節(jié)的細(xì)長物體進(jìn)行建模時(shí)，如傳輸線、管道、具有尖銳特征的物體(比如 屋脊邊緣)或巖石場等，諸如SfM算法和DIM等替代繪圖方法具有比LiDAR更低的“一致性”。
在以下情況下應(yīng)使用攝影測量法：
對裸露的礦場、地球工程項(xiàng)目以及其他不被樹木、建筑物或設(shè)備遮擋的地方進(jìn)行繪圖時(shí)，而無人機(jī)更便宜、更輕、更快。如果您要進(jìn)行的建模不需要使用LiDAR技術(shù)，則將相機(jī)捆綁到您的UAV將為您節(jié)省成本。
對于一個(gè)小型地圖項(xiàng)目而言，攝影測量數(shù)據(jù)就能滿足所有需求。
小結(jié)：
盡管如此，一般建議是，如果使用了LiDAR技術(shù)，還應(yīng)該使用攝影測量技術(shù)。這樣做的理由是，LiDAR是兩個(gè)選項(xiàng)中成本更高的選項(xiàng)，并且由于攝影測量將提供額外的有用數(shù)據(jù)，那么則可以同時(shí)使用這兩種技術(shù)。
不過，新的LiDAR技術(shù)可能會(huì)改變其中的一些思路。畢竟，隨著無人機(jī)激光雷達(dá)技術(shù)變得更廉價(jià)、可用性更大，其普及率也將不斷提高。
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