激光雷達(dá)技術(shù)從最簡單的激光測距技術(shù)開始，逐步發(fā)展了激光跟蹤、激光測速、激光掃描成像、激光多普勒成像等技術(shù)，進(jìn)而研發(fā)出不同用途的激光雷達(dá)。目前，激光雷達(dá)在低空飛行直升機(jī)障礙物規(guī)避、化學(xué)和生物戰(zhàn)劑探測和水下目標(biāo)探測等軍事領(lǐng)域方面已進(jìn)入實(shí)用階段，其它應(yīng)用研究亦日趨成熟，使得激光雷達(dá)的商用價(jià)值也日益顯現(xiàn)出來。
“激光雷達(dá)簡單的來說，它是一種反射成像。”北科天繪CEO張智武表示，“一束光發(fā)出去在空氣中飛行，是存在一定的時(shí)間、角度和位置的，將這三組數(shù)據(jù)記錄下來，我們就有了空間的相對(duì)關(guān)系的點(diǎn)，這樣的一個(gè)個(gè)點(diǎn)就形成像云彩一樣的圖形，用于描述其他物體，這樣的點(diǎn)云集合就是激光雷達(dá)的成像。”
張智武表示，應(yīng)該從用戶的角度對(duì)激光雷達(dá)進(jìn)行分類，依據(jù)它的特點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)用，這樣也就可以判斷出其商業(yè)前景蘊(yùn)藏在上下游體系中。
3D激光成像/圖 來源網(wǎng)絡(luò)
實(shí)現(xiàn)不間斷高精度測繪
受惠于近年來無人機(jī)市場的迅速發(fā)展，激光雷達(dá)測繪系統(tǒng)也迎來“井噴”。據(jù)了解，激光雷達(dá)系統(tǒng)可以和定位技術(shù)相結(jié)合，然后后對(duì)地表的三維信息進(jìn)行高精度的獲取，以此方式在城市道路、堤壩以及隧道等方面進(jìn)行隨時(shí)的監(jiān)控以及模型化。目前，最小的激光雷達(dá)測繪系統(tǒng)只有3kg，可以搭載在無人旋翼機(jī)上，按照建設(shè)三維城市的要求，機(jī)載測量系統(tǒng)可對(duì)大面積的三維地形數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的獲得，而地面的激光掃描系統(tǒng)則是在空間目標(biāo)三維重建中有著很大的作用。
張智武還向記者補(bǔ)充到，“可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高時(shí)效高精度成像 這是測繪型雷達(dá)的特點(diǎn)，多回波可以實(shí)現(xiàn)多層次的成像；多傳感器諸如紅外線或者GPS，可以相互融合，進(jìn)行全天24小時(shí)不間斷的監(jiān)測，對(duì)實(shí)現(xiàn)測繪有不可替代作用。”
而目前，土木工程和規(guī)劃是激光探測與測量系統(tǒng)的最主要收益來源，低成本的手持激光雷達(dá)的引入有望在未來五年內(nèi)改革測繪行業(yè)。特別是隨著技術(shù)的進(jìn)步，激光雷達(dá)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的測繪應(yīng)用被發(fā)掘出來，包括建立包含坡度和日照指數(shù)的農(nóng)田地形圖，這項(xiàng)技術(shù)幫助農(nóng)民通過指出需要昂貴化肥的關(guān)鍵領(lǐng)域來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的最高化。由此可見無論是相對(duì)傳統(tǒng)的地形、地理信息測繪領(lǐng)域，還是延伸出來的新的應(yīng)用領(lǐng)域，都是不容小覷的激光雷達(dá)商機(jī)所在。
自動(dòng)駕駛車輛/圖 來源網(wǎng)絡(luò)
導(dǎo)航避障型雷達(dá)對(duì)無人駕駛意義重大
業(yè)內(nèi)人士表示，3D激光雷達(dá)是無人駕駛的核心技術(shù)之一，被視為現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)無人駕駛最有效的路徑。
目前，谷歌、百度等主流無人駕駛汽車研發(fā)企業(yè)，都選擇激光雷達(dá)這一技術(shù)路徑。在國際上的很多公司以及研究機(jī)構(gòu)，已經(jīng)對(duì)激光雷達(dá)的有關(guān)技術(shù)投入了很多的資金和人力進(jìn)行研究。很多商業(yè)化的公司也陸續(xù)的推出了機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)，用于機(jī)器人和無人駕駛車輛的使用。
據(jù)張智武介紹，三維成像激光雷達(dá)可以分為兩大類。第一種是測量型的三維激光雷達(dá)；另一種就是現(xiàn)在備受推崇的，用在無人駕駛、機(jī)器人等方面，用來實(shí)現(xiàn)避障的導(dǎo)航避障型的激光雷達(dá)。
“我們即將迎來一個(gè)新的爆炸點(diǎn)，就是高精度的三維地圖。我們做自動(dòng)駕駛是需要高精度的三圍圖來做底層數(shù)據(jù)。”張智武說，“世界上最早進(jìn)行自動(dòng)駕駛實(shí)驗(yàn)的是谷歌。它之所以選擇加州這個(gè)地方就是依賴著當(dāng)?shù)氐木_的三維地圖數(shù)據(jù)。在車安裝的雷達(dá)系統(tǒng)測量到周圍的靜態(tài)物體，避讓開地圖上沒有的數(shù)據(jù)，以減少及時(shí)計(jì)算的速度壓力。也就是意味著未來可以應(yīng)用于自動(dòng)駕駛機(jī)器人以及基于位置的服務(wù) 和高精度定位密切相關(guān)，可能會(huì)滋生出來一個(gè)千億級(jí)的市場。”
這一說法剛好和一些機(jī)構(gòu)的調(diào)研數(shù)據(jù)相吻合，據(jù)說目前無人駕駛汽車單臺(tái)汽車需用4個(gè)16線3D激光雷達(dá)，單價(jià)5000美元，加系統(tǒng)全套2.5萬美元。隨著無人駕駛汽車的銷售增長，到2025年激光雷達(dá)市場空間將超百億美元。
無人機(jī)進(jìn)行電力巡檢/圖 來源網(wǎng)絡(luò)
通過無人機(jī)實(shí)現(xiàn)電力巡線與風(fēng)險(xiǎn)排查
隨著激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，激光雷達(dá)現(xiàn)在可用于電力巡查，不僅可以很好地解決人力巡檢的弊端，從激光雷達(dá)數(shù)據(jù)中完整提取電力線點(diǎn)，三維重建電力線走廊；并且，機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)還可以通過激光測量多次回波在一次測量時(shí)同時(shí)獲取電力線、電力設(shè)施、植被、地表構(gòu)造物的三維坐標(biāo)，在數(shù)字地面模型和高分辨影像支持下，實(shí)現(xiàn)高效率、高精度巡線應(yīng)用。
在風(fēng)險(xiǎn)排查方面，通過無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)LiAir和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，為輸電線路監(jiān)護(hù)人員提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)輸電線路設(shè)施設(shè)備異常和隱患，以及線路走廊中被跨越物對(duì)線路的威脅。利用機(jī)載激光雷達(dá)測量系統(tǒng)獲取的高精度點(diǎn)云可以檢測建筑物、植被、交叉跨越等對(duì)線路的距離是否符合運(yùn)行規(guī)范。
“中國有全世界最長的電力巡線，激光雷達(dá)巡線可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)的報(bào)警。如果說超高壓底下的植被過高，就會(huì)影響到他的磁場。激光雷達(dá)成像之后會(huì)告訴你，這一問題具體在哪個(gè)坐標(biāo)系。我國目前激光雷達(dá)巡線，還沒有做到電力巡線市場的十分之一，所以說這個(gè)領(lǐng)域的容量和前景是非常大的。”張智武分析到。所以致力于激光雷達(dá)電力巡檢方面的企業(yè)可在未來獲得不小的發(fā)展機(jī)遇。
激光雷達(dá)相對(duì)來說具備了很多不可替代的優(yōu)勢，在很多的基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，比如農(nóng)林業(yè)、水力電力勘察、道路設(shè)計(jì)以及城市規(guī)劃等各種領(lǐng)域，已經(jīng)被普遍的使用。隨著激光雷達(dá)的技術(shù)變得愈加成熟，通過無人機(jī)、機(jī)器人、自動(dòng)駕駛車輛對(duì)其的應(yīng)用，也在不斷突出它體積小、質(zhì)量輕以及激光波長等優(yōu)點(diǎn)，這也是今后發(fā)展的主要趨向，特別是當(dāng)前國內(nèi)涉足這個(gè)領(lǐng)域的企業(yè)并不多，也給大家提供了發(fā)展的新思路。
當(dāng)然與此同時(shí)，還需要有更多的研究者進(jìn)行深入的分析，了解其工作的原理，解決激光雷達(dá)市場仍面臨的諸多挑戰(zhàn)，比如成本仍然偏高，有些政府及研究機(jī)構(gòu)預(yù)算無法支付;數(shù)據(jù)采集手段有限，僅限于集中一次飛行采集方式，不靈活;僅限專業(yè)用戶使用，數(shù)據(jù)量太大，非專業(yè)用戶根本無法使用等問題。只有實(shí)現(xiàn)突破，才能夠把激光雷達(dá)技術(shù)發(fā)展得更加成熟和實(shí)用，探索出更多有意義的商機(jī)。
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