激光雷達(dá)遙感技術(shù)應(yīng)用

逍遙設(shè)計自動化

引言
激光雷達(dá)技術(shù)通過提供高精度三維空間信息，在多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文探討了激光雷達(dá)在九個主要應(yīng)用領(lǐng)域的具體實踐[1]。
' D& H9 z! G" P- l9 F9 E- }

# n  i, P7 ]8 k6 O5 e0 `地形測繪
3 e2 E6 w( B9 M8 |5 o激光雷達(dá)技術(shù)可以快速生成高精度數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字表面模型（DSM）和等高線。其過程通常從點云數(shù)據(jù)處理開始，然后進(jìn)行表面模型構(gòu)建和等高線生成。

圖1：激光雷達(dá)點云地形測繪流程圖。

圖2：點云去噪效果展示：(a) 去噪前顯示框內(nèi)噪點；(b) 去噪后的清晰點云數(shù)據(jù)。
- ?& S! Q& H, s, g3 r% N
DEM和DSM的構(gòu)建可以通過多種空間插值算法實現(xiàn)，包括TIN插值、反距離加權(quán)（IDW）插值、自然鄰域插值和克里金插值。
+ M& M* y* E7 @+ h) \7 O' k
圖3：基于TIN的DEM和DSM示例，展示地形表面建模。
6 |# O3 M4 k" B8 A- V8 V# @/ ?
' r$ Y$ D& K. `森林資源調(diào)查
激光雷達(dá)可以通過單木分割和參數(shù)提取進(jìn)行詳細(xì)的森林結(jié)構(gòu)分析。這項技術(shù)可以提取樹高、冠幅等結(jié)構(gòu)參數(shù)信息。
/ ]2 ^& x, U$ z: g* R, q3 P
圖4：單木分割結(jié)果，不同顏色代表不同的單株樹木。

) y# ]) \# V6 T
圖5：基于點云的森林結(jié)構(gòu)參數(shù)提�。�(a) 原始點云；(b) 歸一化點云；(c) 冠層高度模型；(d) 空隙率；(e) 葉面積指數(shù)。
. M6 y7 I7 G( }! V
+ {, S+ V4 U/ Z/ s4 ?$ L* g輸電線路檢查
激光雷達(dá)技術(shù)通過實現(xiàn)輸電走廊的精確三維建模，提升了輸電線路檢查的效率。這個過程包括點云分類、輸電線路和鐵塔建模以及安全性分析。
" O5 x  ?: ]$ }* `) R: k1 r
圖6：單條輸電走廊的輸電線路點云可視化。

圖7：輸電塔點云提取展示：(a) 原始T形塔點云；(b) 提取后的T形塔點云；(c) 原始O形塔點云；(d) 提取后的O形塔點云。
( |7 g/ M1 ~3 |) K4 o
( d; w: Y: ?6 c& g' a建筑三維建模
激光雷達(dá)通過點云處理、屋頂分割和模型生成，實現(xiàn)建筑物的精確三維建模。

1 B% U* h! n* x& t9 m) N2 _0 X3 g圖8：建筑物屋頂分割過程展示：(a) 屋頂點云；(b) 提取的非平面點（紅色）；(c) 平面點分割結(jié)果；(d) 最終分割結(jié)果。


圖9：建筑物三維模型結(jié)果展示：(a) 屋頂線框模型；(b) 建筑物三維模型。
- Y9 A% k1 e  V  H$ i" C3 n' ~
自動駕駛系統(tǒng)
5 f, H$ Z) t" ]$ L9 M3 v2 q激光雷達(dá)在自動駕駛車輛的環(huán)境感知和自主定位方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。該技術(shù)可以實現(xiàn)準(zhǔn)確的物體檢測和駕駛環(huán)境的語義分割。
: A. J7 b4 `2 x
( g: F% J' V1 \+ `/ G4 }$ j+ v( U圖10：點云語義分割結(jié)果，顯示駕駛環(huán)境中的不同物體。

7 M) D3 Y) T: `3 [3 C+ I3 L圖11：道路場景點云的物體檢測結(jié)果。
: i* ]0 W: o) r7 ~" ?9 c2 \* n- B
) y1 D6 J+ {. r, F; Y作物監(jiān)測應(yīng)用
激光雷達(dá)能夠詳細(xì)監(jiān)測作物參數(shù)，包括葉角分布、葉面積體積密度和光合有效輻射分?jǐn)?shù)吸收率（FPAR）。

圖12：玉米莖葉點云識別：(a) 原始激光雷達(dá)點云；(b) 識別的玉米葉片點云；(c) 放大的玉米葉片點云；(d) 放大的玉米莖稈點云。
# n1 j0 n% j! t/ r; G
6 Q; x% |, x5 @1 x# n/ H
  @% o, a6 q2 d# A圖13：基于體素方法的玉米植株葉面積體積密度估算。

文化遺產(chǎn)保護(hù)
: h% [/ [# W8 `/ W" V% p! b激光雷達(dá)技術(shù)通過對歷史建筑進(jìn)行詳細(xì)的三維掃描和建模，顯著提升了文化遺產(chǎn)保護(hù)工作的精度。
+ R7 Q% ~; q  \0 s& v( r: D
圖14：塔克奧寺廟三維建模展示：(a) 未著色的原始點云；(b) 著色后的點云；(c) 未著色的三維模型；(d) 渲染后的彩色三維模型。

( w" l/ B& F5 d室內(nèi)建模與導(dǎo)航
' K- i8 T! F# Q/ p& R' X& f激光雷達(dá)通過點云處理和空間拓?fù)錁?gòu)建，實現(xiàn)了精確的室內(nèi)測繪和導(dǎo)航功能。

圖15：基于語義的室內(nèi)導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和編碼流程圖。


0 I3 t: b  M6 w9 @( \! Q: \圖16：通過模擬射線的公共邊界面占用分析。
$ h$ d0 k: s8 ?3 }* H/ B
水下測繪
2 L0 E: J+ b# _/ U: D; J激光雷達(dá)技術(shù)，特別是機(jī)載激光雷達(dá)測深技術(shù)，可以高效地進(jìn)行水下地形測繪和水位監(jiān)測。

圖17：機(jī)載激光雷達(dá)測深示意圖。
6 ~% w. F5 j( f2 Y0 N' U- Q
# G; Z1 v6 {+ x/ y
5 q; Q& i6 \' I! {# [: v- |圖18：水面和水底光子提取結(jié)果。

此項技術(shù)在各個應(yīng)用領(lǐng)域都顯示出獨特優(yōu)勢：

在地形測繪中，提供了高精度的地形建模能力

在森林調(diào)查中，可以詳細(xì)分析冠層結(jié)構(gòu)和單株樹木

在輸電線路檢查中，可以全面監(jiān)測輸電走廊安全

在建筑建模中，可以準(zhǔn)確重建復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)

在自動駕駛中，提供了重要的環(huán)境感知功能

在作物監(jiān)測中，可以精確測量植物參數(shù)

在文化遺產(chǎn)保護(hù)中，可以詳細(xì)記錄和保護(hù)文物

在室內(nèi)導(dǎo)航中，實現(xiàn)了精確的空間測繪和路徑規(guī)劃

在水下測繪中，提供了高效的水深測量能力

隨著激光雷達(dá)技術(shù)與其他感測方法和先進(jìn)處理算法的結(jié)合，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，性能持續(xù)提升。這些進(jìn)展推動著更多創(chuàng)新應(yīng)用的產(chǎn)生。
& {5 L/ a, P; R3 J/ {2 X* |$ V4 j3 b[/ol]
參考文獻(xiàn)
[1] C. Wang, X. Yang, X. Xi, S. Nie, and P. Dong, Introduction to LiDAR Remote Sensing. Boca Raton, FL: CRC Press, 2024.
* x3 V; \; |' a+ h7 E; D
+ Y: \1 w3 b9 c, QEND
% v/ \  e/ N# ?8 V

軟件申請我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請體驗免費版PIC Studio軟件。無論是研究還是商業(yè)應(yīng)用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
點擊左下角"閱讀原文"馬上申請
/ v$ |* s. c8 Q% X/ G
0 b) m  S4 w7 ^) H! b歡迎轉(zhuǎn)載

. W. b5 m/ V6 ]7 W轉(zhuǎn)載請注明出處，請勿修改內(nèi)容和刪除作者信息！


; |1 z7 Z& J  O, g. S- T


關(guān)注我們

( t: h/ N( D3 M5 i

1 g) e, i& U- w4 W" o

5 o+ c4 G5 e4 E6 K) e4 V

                     
3 A: k$ ^- H6 \/ F* b


關(guān)于我們：
% M2 c' D, a5 G! T9 O$ l* H深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計自動化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù)，廣泛服務(wù)于光通訊、光計算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。
) R! c2 \& ^  r' q4 h+ c* o
http://www.latitudeda.com/
- l( [7 k# e" Z' p: o（點擊上方名片關(guān)注我們，發(fā)現(xiàn)更多精彩內(nèi)容）