激光雷达技术应用前景展望

我国对外开放30年以来，国家基础建设发生了翻天覆地的变化。城市规划、交通、水利、农业、电力等基础行业对规划设计图纸的制作周期及精度要求越来越高，促使我国地理信息产业迅猛发展。现在面对人工成本增加、企业利润下滑等一系列社会问题，企业如何通过技术升级来减少劳动密集型工作，增加技术密集型工作，完成一次凤凰涅槃。网易采访中国科学院遥感与数字地球研究所李奇博士，请他谈谈激光雷达技术应用的前景。

机载激光雷达（LiDAR）是一种新型主动式航空传感器，通过集成定姿定位系统（POS）和激光测距仪，能够直接获取观测点的三维地理坐标。按其功能分主要有两大类：一类是测深机载LiDAR（或称海测型LiDAR），主要用于海底地形测量；另一类是地形测量机载LiDAR（或称陆测型LiDAR），正广泛应用于各个领域，在高精度三维地形数据（数字高程模型(DEM)）的快速、准确提取方面，具有传统手段不可替代的独特优势。尤其对于一些测图困难区的高精度DEM数据的获取，如植被覆盖区、海岸带、岛礁地区、沙漠地区等，LiDAR的技术优势更为明显。

机载激光雷达系统从上世纪80年代开始出现一些试验系统，到90年代中后期逐渐成熟。现在的激光雷达可以记录多次回波，首次回波建立测区的数字表面模型（DSM），如果通过一定的算法去除非地面点，可以获得数字地面模型（DTM）。这种工作方式看起来没有任何问题，但对用户来说是无法获得任何与有关设备本身相关的一些信息的，如如何根据回波信号定位？地物结构对获取的回波信号的形状和大小有何影响？回波信号是如何被量化成几次离散脉冲信号？等等。国外设备制造商往往将脉冲探测和量化方法作为商业机密而保密。我们地理信息行业企业会因为激光雷达点云数据的不确定性增加野外实测数据工作量，并且增加内业数据处理难度。我们需要破解国外激光雷达硬件厂家的技术机密，并且发明一种方法做的比国外厂家还要好。

解决上述问题的途径是将发射信号和回波信号均以很小的采样间隔进行采样并记录，而不仅仅是记录若干次离散的回波信号。这样的采样记录方式即所谓的全波形数字化记录，这种类型的激光雷达系统称为waveform-digitizing LIDAR。用户完全可以根据波形数据，根据其自己的应用领域（如测绘、林业、城市建模等等），对波形数据进行分析和处理。