车载激光雷达的应用及现状

【摘要】随着社会科技的发展，LIDAR激光技术广泛应用到各个方面。而车载激光雷达对比常规的技术具有快速测定、适合野外作业、低成本、仪器轻便等特点，因此目前应用比较广泛。本文简要介绍了车载激光雷达目前的应用以及发展的现状。

【关键词】车载激光雷达 应用 现状

车载激光雷达已经在很多方面日趋成熟并应用于各领域，且在实际运用中取得了令人满意的效果，作为典型的测绘新技术，正在逐步彰显出它的作用。

一、车载激光雷达的基本信息

车载激光雷达又称车载三维激光扫描仪，是一种移动型三维激光扫描系统。近些年来，三维激光扫描仪已经从固定朝移动方向发展，最具代表性的就是车载三维激光扫描仪和机载三维激光雷达。车载激光雷达系统采用车载平台，集激光雷达设备、RS系统、数码相机于一体，利用激光扫描和数字摄影技术，获取道路两侧的高密集度的点云、近景影像数据。三维激光扫描仪的系统传感器部分集成在一个可稳固连接在普通车顶行李架或定制部件的过渡板上。支架可以分别调整激光传感器头、数码相机、IMU与 GPS天线的姿态或位置。高强度的结构足以保证传感器头与导航设备间的相对姿态和位置关系稳定不变。车载激光雷达弥补了机载激光雷达在地面地物信息获取方面的局限，能在更多，更广的范围内获取三维空间数据。车载系统的灵活性和经济性就越发诱人，其应用前景可谓无限。此外，作为航空测量的补充，车载激光雷达系统是完善三维城市模型等高精度、高分辨率应用的最佳手段之一。

二、车载激光雷达的应用

1.环境科学领域的应用

2001年，我国研制出中国第一台用于大气环境监测的车载激光雷达系统。它利用激光雷达进行大气监测是基于大气对激光的散射、吸收、消光等物理过程，并通过定量分析激光大气回波，来监测大气。由于激光雷达的高时空分辨能力， 以及具有连续、实时、大范围监测的特点，激光雷达大气污染测量系统将越来越多地用于大气污染环境的监测和研究，它已成为大范围快速监测大气环境的新一代高技术手段。2004年我国安徽光机所研制出车载式拉曼―米散射激光雷达、偏振―米散射激光雷达和多普勒测风激光雷达；这些激光雷达系统的相继投入使用，为我国大气气溶胶、云和臭氧空间垂直分布的测量积累了丰富而宝贵的资料，引起了世界各国的普遍重视。

2004年由安徽光学精密机械研究所承担，由科技部、中国科学院共同资助成立了我国重点城市环境监测站，并基本实现了大气等污染物地面定点连续、实时监测。该项目研制开发完成的车载测污激光雷达系统，将成为城市大气污染预报、预测和预警的关键设备之一，并直接用于北京等2008年奥运会举办城市的环境监测及研究工作，为奥运建设及活动进行全过程监测与评价以及对突发环境事故进行应急监测和评价，实现SO2、N02等污染物的水平范围分布和垂直结构快速监测，特别是奥运村及场馆附近的03、颗粒物水平范围分布和垂直结构快速监测。

2. 在道路方面的应用

2.1车载激光雷达系统可以用于铁路的复测

传统的铁路复测方法作业效率低、精度差、安全性不高。采用车载激光雷达系统进行铁路复测是一种新技术，测量时将激光雷达系统安装于铁路通勤车或轨检车的车厢尾端，具有安全性好、作业效率高、能准确直观反映现场实况的优点。

2.2用于公路的测量、维护、勘察等工作

目前国内在公路勘测方面机载激光应用较多，其服务范围基本上涵盖了中国的大部分地区，也涵盖了公路勘测的各个阶段：工可研究、初步设计、施工图设计、改扩建等。2011年我国在平均海拔4000m的那曲地区，将车载激光扫描技术应用到G317线改扩建项目中。车载激光雷达技术在公路拓宽勘察设计中主要用于数据采集，包括获取地面点的平面坐标和高程，构建高精度的数字地面模型（DTM），从中提取路线纵、横断面数据和结构物空间三维坐标随着社会经济高速发展和公路网络化的形成，公路改扩建项目开始渐增。使用车载激光雷达技术进行拓宽勘测工作，不仅降低外业测量工作量，降低了安全风险，还提高了作业效率，有着常规测量技术无法比拟的优势。但它也存在一些局限。

3.在地理人文方面的应用

车载激光雷达技术能够应用于文物保护方面。我国大多数文物的形状都独具一格，结构繁琐，色彩层次较多，若以经典测量方法施测需要建立较多测量点，进而对文物造成损害，应尽量少取测量点。因此在这种情况下，如果单纯地应用普通测量方法获取文物的立体图像就根本无法实现，因而要应用主动的测量手段。利用车载激光雷达技术，可以利用点云数据来准确反映文物内部机构组成。此外，通过系统内建立的三维模型，如果文物遭受损害后能够快速恢复相应数据。

三、车载激光雷达的现状

车载激光雷达目前在国际上和国内都有了很多应用，发展前景很被看好。但与航空雷达类似，其核心的IMU依然依靠进口，严重制约了国内应用的发展。国际一流LIDAR厂商在华主要包括：RIEGL、Opthch等。车载激光雷达主要用于城市型数据采集，即道路、房屋建筑、海岸线、轨道等地物，通过集成IMU及GPS，可以实时移动获取扫描数据，并通过经标定的高速摄像机获取对应影像用于后续贴纹理等处理。

国内现有北京富斯德公司的Riegl VMX-250移动激光扫描系统、北京德可达公司的StreetMapper移动激光扫描系统、北京麦格天富的Landmark移动激光扫描系统等。这些移动激光扫描系统都是在汽车顶部安装1-3个经定标的激光扫描仪，并集POS系统（IMU+GPS）以及各类高速摄影机。

2010年，我国在北京召开了“第一届全国激光雷达对地观测高级学术研讨会”，指出了激光雷达的发展走向。国家十二五计划中已经将激光雷达数据采集及处理放在了一个重要发展的战略位置，未来国家将力主发展激光雷达及3S集成的具有自主知识产权的多平台、多尺度应用；而国际上，激光雷达的发展已经步入了一个新的阶段，即由地面、移动车载、航空LIDAR向航天LIDAR转变。据日本媒体报道，日本富士通研究所于2012年10月29日消息称，已开发出了水平和垂直两个方向的检测角度均可达到140度的激光雷达。适用于检测汽车后方的车辆等。

四、结束语

车载激光雷达由于具有快速测定、适合野外作业、低成本、仪器轻便等特点，随着汽车的发展，在测绘新技术的不断创新推动下，车载激光雷达作为一种先进的数据获取手段，凭借实用性强、精确度高、数字化程度高、数据采样率高等优势，必将拥有广阔的市场前景，因此，对其应用情况及发展趋势的研讨工作，可以为车载激光雷达系统的改进与完善打下坚实基础。