激光雷达遥感技术应用

逍遥设计自动化

引言
8 B) X2 H. m6 m( I, h9 \激光雷达技术通过提供高精度三维空间信息，在多个领域得到广泛应用。本文探讨了激光雷达在九个主要应用领域的具体实践[1]。
2 n* N8 Q" P  e; c4 N! y

lrvmbmz2m1f64046202922.png

# m% ~$ M, ?$ y% p" v+ ]+ ^; g地形测绘
激光雷达技术可以快速生成高精度数字高程模型（DEM）、数字表面模型（DSM）和等高线。其过程通常从点云数据处理开始，然后进行表面模型构建和等高线生成。
" P' ]; `& \+ d& R+ [% }/ f( P) ?

4afvy5m4cfb64046203022.png

8 b2 I: U5 D3 [8 r. T4 {- O0 ~图1：激光雷达点云地形测绘流程图。
* j/ S# Z8 M, t* d* D! R5 ^

gsa32yzfksz64046203122.png

图2：点云去噪效果展示：(a) 去噪前显示框内噪点；(b) 去噪后的清晰点云数据。
% _6 ?2 J: u, _/ t; t
DEM和DSM的构建可以通过多种空间插值算法实现，包括TIN插值、反距离加权（IDW）插值、自然邻域插值和克里金插值。
6 C8 N, W. }& ?' a1 a

mlyh5ps5pzr64046203223.png

! v0 Z' q/ u* O+ {图3：基于TIN的DEM和DSM示例，展示地形表面建模。
. X* l: r9 c8 l7 W1 \# F& ~2 W
' T/ Q& L; d; n' z) M森林资源调查
激光雷达可以通过单木分割和参数提取进行详细的森林结构分析。这项技术可以提取树高、冠幅等结构参数信息。

xwtzlxq2dhu64046203324.png

图4：单木分割结果，不同颜色代表不同的单株树木。

/ T3 c- V+ u. G, d

qi4md215d4i64046203425.png

图5：基于点云的森林结构参数提取：(a) 原始点云；(b) 归一化点云；(c) 冠层高度模型；(d) 空隙率；(e) 叶面积指数。

8 k+ \1 M' F& i/ o9 r3 v" k输电线路检查
$ [9 ^( ]0 o/ P: \) Q激光雷达技术通过实现输电走廊的精确三维建模，提升了输电线路检查的效率。这个过程包括点云分类、输电线路和铁塔建模以及安全性分析。
* q0 l) t3 L' l  T& t

dl3weojaros64046203525.png

- [( ~; }; c5 |7 t- G  V图6：单条输电走廊的输电线路点云可视化。
) \3 l' R! `' N2 L( J

btlpqc4vo2k64046203625.png

' ?$ j' p' ?; m9 ]. A图7：输电塔点云提取展示：(a) 原始T形塔点云；(b) 提取后的T形塔点云；(c) 原始O形塔点云；(d) 提取后的O形塔点云。
- e0 Q$ z& Y- X+ S
建筑三维建模
) V5 g' F& D, J( [4 T+ x激光雷达通过点云处理、屋顶分割和模型生成，实现建筑物的精确三维建模。

baojvpdjtmt64046203725.png

% [' R: F0 y6 f- @: h# b9 x图8：建筑物屋顶分割过程展示：(a) 屋顶点云；(b) 提取的非平面点（红色）；(c) 平面点分割结果；(d) 最终分割结果。

4ayzi45qs3w64046203825.png

+ V& f6 Y3 K7 E/ C2 U; Z0 {图9：建筑物三维模型结果展示：(a) 屋顶线框模型；(b) 建筑物三维模型。
' _: A$ |. _# q& j+ F1 D
自动驾驶系统
激光雷达在自动驾驶车辆的环境感知和自主定位方面发挥关键作用。该技术可以实现准确的物体检测和驾驶环境的语义分割。
( C+ F1 g& ~! L7 ^

0jv3ecv4ntx64046203926.png

图10：点云语义分割结果，显示驾驶环境中的不同物体。

s5fynhq0mil64046204026.png

0 B' M5 z) {7 {图11：道路场景点云的物体检测结果。
( o5 n2 ~0 {' d  \- R
作物监测应用
激光雷达能够详细监测作物参数，包括叶角分布、叶面积体积密度和光合有效辐射分数吸收率（FPAR）。

fk3ovhlzbxm64046204126.png

图12：玉米茎叶点云识别：(a) 原始激光雷达点云；(b) 识别的玉米叶片点云；(c) 放大的玉米叶片点云；(d) 放大的玉米茎秆点云。

$ G! z$ R9 h  }" |, X6 U

u2k1sldmzc464046204226.png

图13：基于体素方法的玉米植株叶面积体积密度估算。
6 S& Z4 @6 P7 U) b1 e9 N
文化遗产保护
激光雷达技术通过对历史建筑进行详细的三维扫描和建模，显著提升了文化遗产保护工作的精度。

fuadhitkqlh64046204327.png

图14：塔克奥寺庙三维建模展示：(a) 未着色的原始点云；(b) 着色后的点云；(c) 未着色的三维模型；(d) 渲染后的彩色三维模型。
3 R5 B" e% X/ Z2 F
) c2 [' E6 M4 c4 `! F; h$ W( N+ C2 |' D6 O室内建模与导航
激光雷达通过点云处理和空间拓扑构建，实现了精确的室内测绘和导航功能。
/ p4 P0 T: S/ D

sebboanjinm64046204427.png

2 y) T, l9 T; X图15：基于语义的室内导航网络构建和编码流程图。

7 ]( K& u, O+ n# {$ ?& S

lhxsi1hhwem64046204527.png

# p0 F$ D1 ?& c0 l  J图16：通过模拟射线的公共边界面占用分析。
3 _4 ~9 d/ x& X' t2 a6 x
: C3 K7 f1 E" l7 u! u; K3 l6 ^/ h. C" A水下测绘
  ~( g" F9 O8 y激光雷达技术，特别是机载激光雷达测深技术，可以高效地进行水下地形测绘和水位监测。

tfmtfdpnamy64046204627.png

图17：机载激光雷达测深示意图。
8 C" R. M+ j* L1 ?

fhfh3evcgzo64046204728.png

( z- k( G; O7 d9 A8 }* M图18：水面和水底光子提取结果。
- ]: v* F6 \  M
# z4 \' ?& ^6 h此项技术在各个应用领域都显示出独特优势：

在地形测绘中，提供了高精度的地形建模能力

在森林调查中，可以详细分析冠层结构和单株树木

在输电线路检查中，可以全面监测输电走廊安全

在建筑建模中，可以准确重建复杂建筑结构

在自动驾驶中，提供了重要的环境感知功能

在作物监测中，可以精确测量植物参数

在文化遗产保护中，可以详细记录和保护文物

在室内导航中，实现了精确的空间测绘和路径规划

在水下测绘中，提供了高效的水深测量能力

随着激光雷达技术与其他感测方法和先进处理算法的结合，应用范围不断扩大，性能持续提升。这些进展推动着更多创新应用的产生。
[/ol]
) P+ F7 Q1 l8 l参考文献
1 y9 A1 V( j( ~7 d9 ^/ |[1] C. Wang, X. Yang, X. Xi, S. Nie, and P. Dong, Introduction to LiDAR Remote Sensing. Boca Raton, FL: CRC Press, 2024.
9 z- T& v. M5 B0 D2 v  H  c
END


软件申请我们欢迎化合物/硅基光电子芯片的研究人员和工程师申请体验免费版PIC Studio软件。无论是研究还是商业应用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
点击左下角"阅读原文"马上申请

, Z  ^3 P" m3 l5 ?  D4 j欢迎转载
& T; z5 v$ m4 m1 C6 Z/ e9 G
( Z6 Q& s: {9 ]+ t; l+ P8 j( W转载请注明出处，请勿修改内容和删除作者信息！
1 `" W# u, d  w( `- o( X


: z" E# \& F" A4 a. X8 q

r0pvrknp1ol64046204828.gif

! v- q3 a, ]9 |0 i
关注我们
5 }# a- K0 ]: c
. P0 G: j$ B/ J0 {" k/ E: x

9 \. w0 Z+ d- I, v0 b

' k: O1 S9 C: C, V

                     
% {& @% A3 @! J' ?+ w, A* I

9 X- g. N" o5 ^4 r; u3 y* S, W! i1 I
关于我们：
, [9 e9 e; O. [8 c$ h6 }% A深圳逍遥科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家专注于半导体芯片设计自动化（EDA）的高科技软件公司。我们自主开发特色工艺芯片设计和仿真软件，提供成熟的设计解决方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分别针对光电芯片、微机电系统、超透镜的设计与仿真。我们提供特色工艺的半导体芯片集成电路版图、IP和PDK工程服务，广泛服务于光通讯、光计算、光量子通信和微纳光子器件领域的头部客户。逍遥科技与国内外晶圆代工厂及硅光/MEMS中试线合作，推动特色工艺半导体产业链发展，致力于为客户提供前沿技术与服务。
$ C! p8 x1 P/ v( r8 Z) l. a
6 y- u2 l+ e& I1 @http://www.latitudeda.com/
（点击上方名片关注我们，发现更多精彩内容）