“激光+雷达” ， 应用知多少？

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激光技术与雷达技术相结合便是激光雷达，绝对的“高”科技产品。激光雷达的工作原理与雷达非常相近，由激光器发射出的脉冲激光由空中入射到地面上，打到树木上、道路上、桥梁上、房子上、引起散射，一部分光波会经过反射返回到激光雷达的接收器中，接收器将光信号转变为电信号，记录下来，同时通过计时器记录同一个脉冲光信号由发射到被接收的时间。

激光雷达技术产品种类繁多，性价比高，在我国众多行业领域得到“大”规模应用，尤其是环境监测、电力、汽车、城市规划、铁路、林业、矿山、海岸线、考古等领域。随着计算机技术、GPS和其自身技术发展和完善，激光雷达技术应用最近几年受到了越来越多的重视。

激光雷达产业链拓扑图

利用激光雷达可以探测气溶胶、云粒子的分布、大气成分和风场的垂直廓线，对主要污染源可以进行有效监控。当激光雷达发出的激光与这些漂浮粒子发生作用时会发生散射，而且入射光波长与漂浮粒子的尺度为同一数量级，散射系数与波长的一次方成反比，米氏散射激光雷达依据这一性质对气溶胶浓度、空间分布及能见度的测定，完成对大气污染物分布的观测。

大气探测成像图

基于电磁能量会从目标反射回来的检测原理，激光雷达成为气象研究的一种非常重要的仪器。斯坦福研究所开发的第一个比较原始的仪器设计清楚地表明了激光雷达的应用，如通过雨水或底层的云的结构探测云和雾层的位置，上升限度的高度。激光雷达回波可以清楚的从低海拔地区观察到一个清晰的连续气溶胶层，而这对于肉眼来说是不可见。SRI Mark III的激光雷达，对稀薄的卷云的检测展示了一个更高的水平。它表明一个很高的峰值功率可以穿透云层，同时形成反射。利用这种现象在不同海波高度观察时就可以证明几个不同层的卷云的存在。 

城市大气污染监测

5在自动泊车技术中的应用

由于城市拥挤、泊车位紧张，辅助驾驶系统发展迅速，自动泊车系统能辅助驾驶员进行泊车，减轻驾驶员操作强度，提高泊车的安全性，具有重要的研究意义。自动泊车系统一般在汽车前后四周安装感应器，这些感应器既可以充当发送器，也可以充当接收器。它们会发送激光信号，当信号碰到车身周边的障碍物时会反射回来。然后，车载计算机会利用其接收信号所需时间确定障碍物的位置。

目前的泊车系统多采用超声测距仪作为车位检测的传感器，精度有限，且不能用于垂直泊车。以智能车为平台，设计并实现了基于激光雷达的自动泊车系统，改进了泊车方法，可以安全顺利的完成常见的路边平行泊车及垂直泊车入库任务。

6在ACC主动巡航技术中的应用

汽车在行驶过程中，驾驶员可设定预期车速，系统基于激光雷达的车辆跟踪与识别算法结合车辆矩形投影及速度特征识别车辆，得到前车的确切位置，如果发现前车减速或监测到新目标，系统就会发送执行信号给发动机或制动系统来降低车速，使车辆和前车保持一个安全的行驶距离。当前方道路没车时又会加速恢复到设定的车速，雷达系统会自动监测下一个目标。主动巡航控制系统代替司机控制车速，避免了频繁地取消和设定巡航控制，使巡航系统适合于更多的路况，为驾驶者提供了一种更轻松的驾驶方式。

主动巡航系统可自动变道超车

系统将收集到的信息进行分析，区分恒定不变的固体（车道分隔，出口坡道，公园长椅等）以及不断移动的物体（受惊的小鹿，行人，迎面而来的车辆等），并将所有的数据都汇总在一起，再根据密歇根大学开发的算法判断周围环境，从而做出相应的反应。

激光雷达技术应用于无人驾驶汽车

9在车模快速成型技术中的应用

激光雷达扫描系统的快速成型技术主要应用于样件汽车模型的制作和模具的开发,这项技术能够较大的缩短新产品的开发周期，降低了开发的成本,，并且能够使新产品的市场竞争力得到了提高。还能够应用在汽车的零部件上，多用于分析和检验加工的工艺性能、装配性能、相关的工装模具以及测试运动特性、风洞实验和表达有限元分析结果的实体等。利用激光雷达的非接触式测量、高精度、检测速度快等特点，在汽车车身的三维检测和开发设计过程中,激光雷达得到了广泛的应用。利用激光雷达测量得到车身的点云数据,对车身进行逆向设计,将点云数据进行预处理，然后进行曲线、曲面、实体模型的重构，最终实现车身模型重现的目的。

车模快速成型

10在智能交通信号控制中的应用

在城市重要交通路口信号控制系统中集成一个地面三维激光扫描系统，通过激光扫描仪对一定距离的道路进行连续扫描，获得这段道路上实时、动态的车流量点云数据，通过数据处理获得车流量等参数，根据对东西向和南北向车流量大小的比较以及短暂车流量预测，从而自动调节东西向和南北向信号灯周期。

智能交通信号控制

11在交通事故勘查中的应用

运用三维激光扫描仪对事故现场进行三维扫描，现场取证，扫描仪的数据能够生成事故现场的高质量图像和细节示意图，便于后期提取调查和法庭审理。调查表明，用三维激光扫描仪采集事故现场数据平均每次减少90分钟的道路封闭时间。

激光雷达技术有着这么广阔的应用市场，致使国内众多企业纷纷涉足其中。

国内主要激光雷达厂商（如上表）

（数据来源：Laser Manufacture News）

安装激光雷达的汽车

根据Laser Manufacture News最新报告显示，得益于无人驾驶汽车市场规模的爆发，预计2020年全球激光雷达市场可“上”100亿的市场规模。我们有理由相信，激光雷达一定会以高、大、上的姿态在我国“数字城市”、大气环境监测检测、油田勘探、城市智能交通、无人驾驶等领域发挥重要作用，特别是未来的无人驾驶汽车领域。

在《汽车产业中长期发展规划》中提出：突破车用传感器等先进汽车电子的产业链短板，培育具有国际竞争力的零部件供应商，着力推动智能网联汽车关键零部件研发，重点支持传感器等核心技术研发及产业化。

激光+雷达的“春天”来了。

来源：传感器技术（原标题为“‘激光+雷达’的高大上理论”，本文标题有改动，版权归作者及刊载媒体所有）

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编辑 /王欠鑫   审核 /范芷睿   荐稿 /李秀娟

指导：万剑华教授(微信号wjh18266613129)