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(duì)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(chǎng)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(cè)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(cè)以及測(cè)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(cè)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(cè)量反射脈沖，從而測(cè)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(zhǎng)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(duì)象上反射并返回到其來源處，從而測(cè)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(duì)較新的土地測(cè)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(duì)于涉及了從大量照片合成數(shù)據(jù)的攝影測(cè)量技術(shù)而言，LiDAR技術(shù)革命性的一面是允許測(cè)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(cè)量開始變得對(duì)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(cè)量法要高(我們將在下文詳細(xì)地介紹這兩種測(cè)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(cè)量時(shí)往往需要使用LiDAR技術(shù)：

　　對(duì)樹冠，礦場(chǎng)輸送機(jī)和其他障礙物進(jìn)行繪圖時(shí);

　　對(duì)需要更準(zhǔn)確細(xì)節(jié)的細(xì)長(zhǎng)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(chǎng)等。

　　下面將對(duì)一些使用了LiDAR技術(shù)的場(chǎng)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)瑪雅人所推測(cè)的遠(yuǎn)古時(shí)代更久遠(yuǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致我們對(duì)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(cè)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(cè)量;

　　礦山和采礦礦石量測(cè)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(cè)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(cè)量結(jié)合使用(下文將對(duì)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(guó)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(guó)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(cè)量樹冠層高度、生物量測(cè)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(cè)以及其他相關(guān)自然資源監(jiān)測(cè);甚至有一些國(guó)家公園開始使用無人機(jī)對(duì)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(cè)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(cè)量法vs激光雷達(dá)技術(shù)

　　當(dāng)談及測(cè)繪時(shí)，對(duì)于攝影測(cè)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(zhēng)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(duì)于某些用例而言，使用攝影測(cè)量法更好;而對(duì)于其他應(yīng)用而言，使用激光雷達(dá)技術(shù)則更佳。

　　攝影測(cè)量是通過對(duì)照片進(jìn)行測(cè)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(cè)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(duì)單個(gè)地點(diǎn)拍攝成千長(zhǎng)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(cè)量法嗎?

　　大體上來說，一般規(guī)則是，攝影測(cè)量法適用于對(duì)那些沒有被樹覆蓋或其他障礙所阻擋的大型場(chǎng)所的測(cè)量;而激光雷達(dá)技術(shù)則適用于較小受阻的場(chǎng)所。

　　在以下情況下使用激光雷達(dá)技術(shù)：

　　在給樹冠、礦場(chǎng)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(cè)量技術(shù)為物體阻擋地面的區(qū)域構(gòu)建高程模型。

　　對(duì)需要更準(zhǔn)確細(xì)節(jié)的細(xì)長(zhǎng)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(chǎng)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(cè)量法：

　　對(duì)裸露的礦場(chǎng)、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(duì)于一個(gè)小型地圖項(xiàng)目而言，攝影測(cè)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(cè)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(cè)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。