一文讲透激光雷达，你想了解的都在这里
近年来，一个叫激光雷达的家伙进入了测绘各个领域，很多人对它感觉很陌生，其实不然，他可是老家伙了，我们所熟知的地球与月亮的距离，就是通过激光测距技术实现的。激光测距的原理很简单，就是通过测量激光从发射到月面反射光到达地球的时间，乘以光速再除以二，就是地月距离了。
为了保障激光能够很好地反射回来，登月的美国人特地在月球上放置了这样一面反射镜，以保障激光很好地反射回来。
随着GPS和IMU（惯性导航技术）的发展，使精确的即时定位、定姿成为可能，很多厂商发现，这家伙用来干测绘非常适合，所以近年来激光雷达就被推到了各位的面前。有人看见激光雷达，心中会冒出来一个疑惑 ：
“激光雷达和雷达有什么区别？”
激光雷达是雷达么？
答案：是！
不信我们看下图：
他们的区别就和名字一样简单易懂 ，激光雷达就是，发射激光的雷达。在原理上基本类似，只是激光雷达发射的是一条直线的光束，而雷达发射出去的是一个锥状的电磁波波束。
按照用途，我们可以把激光传感器分为两类，即避障级和高精度测绘级，通过对比我们可以发现在一些关键参数上，如角分辨率、视场角、测量距离、测量速率、测量精度、多次回波技术、多周期回波技术等，这两类激光传感器有较大差别。接下来我们着重聊一下测绘激光雷达。
它是将激光传感器、GNSS、IMU和相机集成在一起的一个系统，通过各个传感器的参数标定，可以精确计算出传感器之间的位置偏差，以及不同坐标系间转换所用到的旋转角，从而将获取的点云数据的相对坐标转换成大地坐标。
总之可以边走边扫，而且扫出来的点全是大地坐标！就是这么炫酷
测量型激光雷达系统组成
在使用激光雷达做测绘时，我们一般可以采用汽车、无人机、有人机等移动平台作为载体，将移动中的激光原始数据、GNSS数据、IMU数据，后期通过Post-processing模式的后处理得到厘米级精度POS数据，基于POS和原始激光数据生成我们常常看到的激光点云成果。
机载彩色点云
车载彩色点云
那么各搭载平台间有什么差异，该如何选择？
追求效率直接装到直升机或者固定翼飞机上！测量效率直接拉满，但由于直升机或固定翼飞的较高，所以精度就差一些，一般在10CM左右，做大面积地形测绘可选取这种手段。
直升机搭载激光雷达
测区适合飞行，且对精度有要求，就用旋翼无人机。
使用旋翼无人机效率略逊于固定翼无人机，但在精度控制方面更能得心应手，可以达到5cm精度。机载激光雷达是一种万金油的组合，无论何种地形都能一显身手。
旋翼无人机作业模式
特定城区或者街道环境，选用车载模式。
激光雷达车载模式，只能扫描道路两边200米内的数据，扫描区域受限，一般道路改扩建项目或者带状地形图项目可以使用此种作业模式，100米内的精度在5cm。
车载作业模式
背包作为补充手段，填补最后的空白由于我们是多平台激光雷达，甚至可以背在背上进行测量。背包模式的存在，是为了补充以上几种作业方式的不足，用于测量一些汽车和飞机都进不去的地方，比如地下空间测量，矿山测量、方量计算等地方。由于人在背负设备步行时存在一定人为抖动，一般经过处理后在10cm左右。
背包作业模式
激光雷达这么多参数，我应该关注什么指标？
1
角分辨率，也就是测角精度
角分辨率是扫描仪分辨目标的能力，测角分辨率越小，则表明能够分辨的目标越小，这样测量出的点云数据就越细腻。一般避障级激光传感器的测角精度只有0.1°左右，而测绘级激光传感器角分辨率一般是0.001°甚至更低。
2
测量距离
测量距离与激光发射频率和实际地物反射率有关，最大测量距离和反射率有关，一般是指ρ≧60%（部分甚至到ρ≧90%）的情况下的最大扫描距离，同时测量距离与激光发射频率成反比，发射频率越大，测量距离越小不同的物体（山坡，植被，水泥建筑物，金属管道，土壤矿物，煤等）具有不同的反射率，大多数建筑物的反射率为50%左右，煤和沥青路面在20%左右，因此在实际应用中，我们要对设备的最大射程打折。
3
测量速度
一般通过激光脉冲的最大发射频率来体现，例如RIEGL的VUX-1UAV其最大激光发射频率为550 000点/秒，而mini VUX-1UAV 是100 000点/秒。
4
测量精度
它指测量一定数量后得出的真实值，是与真实一致性的度，重复精度也叫再现性或可重复性，是用于表示多次测量得到同一结果的可能性的量。一般测绘级的激光传感器测量精度都在1cm左右。
5
视场角
视场角=激光束的扫描角，指激光束通过扫描装置所能达到的最大角度范围，而有效视场角一般还会与实际作业时的航高、有效测量距离有关。虽然很多激光传感器的水平视场角是360°的，我们实际应用时一般只会用到90°-120°。
好处说了这么多，那么激光雷达的不足在哪？
1
受天气和环境的影响
无论是哪种模式的激光雷达工作方式，由于激光的物理特性的限制，激光传感器受环境因素影响较大，在室外和在烟雾、粉尘、雨雪、沙尘和强光环境中均无法稳定可靠地工作。
2
贵
工业用品的价格是理性的，它的研发成本很高，而这只能靠量产去摊薄，现阶段激光雷达的需求还没有那么大的量，这让成本难以降低。
另一块是边际成本，激光雷达属于高精密机械，能用于测绘激光头比避障级更是贵得多，产品制作不容易，制作成本本身就很高了。
虽然目前激光雷达还算不上完美，但由于它能够透射植被的特点，能够直接测量地表，很好地解决密林测量难题，因此受到了很多客户的青睐。未来，随着技术的进步以及量产的增加，成本过高的问题可以有效降低，目前虽然激光雷达不算完美，但它未来可期！
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