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去年9月 ， 在CHINTERGEO2020中国测绘地理信息技术装备展览会上 ， 海达数云新一代国产机载激光雷达旗舰智喙PM-1500机载激光雷达测量系统首次正式亮相 。
近期 ， 随着设备的陆续交付、演示和测试 ， 我们听到了很多来自客户的声音 ， 其中有对机载激光的原理非常好奇的 ， 有关心PM-1500性能的 ， 还有对咱们在业内首次提出的“超级保障包”非常感兴趣的等等 ， 业内对PM-1500的关注度可见一斑 。
为响应大家的呼声 ， 特别采访了海达数云总经理助理李航博士 ， 就大家关心的问题进行一一解答 ， 并将陆续在公众号：海达数云发布《海云TALK | 硬核解读PM-1500》系列 ， 本期 ， 李博士围绕PM-1500机载激光雷达 ， 与大家作一个简单的技术交流 。
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李航博士正在调试PM-1500机载激光雷达
Q：为什么是机载激光雷达？相比航空摄影测量它有哪些优势？
A：激光雷达（Light Detection and Ranging, LiDAR）是一种高效的光电测探技术 ， 搭配快速移动的飞行平台 ， 组成了我们现在所说的机载激光测量系统 。
近年来 ， 随着LiDAR技术的发展与普及 ， 越来越多的用户将目光投向了激光雷达系统 ， 很多人开始拿机载LiDAR与航空摄影测量做对比 ， 这也是很多用户关心的问题 。 在我看来 ， 机载激光雷达的优势主要有以下几点：
主动遥感
机载LiDAR主动向地面发射光脉冲 ， 再通过接收回波信号 ， 直接计算地物的空间和属性信息 ， 属于主动遥感 。
航空摄影测量没有主动向外发射的光源 ， 属于被动遥感 ， 因此在作业时容易受到外部环境光的影响 。 同时 ， 地物的位置信息需要通过更复杂的计算过程才能得到 ， 数据量和计算量也更大 。
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航空摄影测量v.s机载LiDAR（图源网络）
多回波技术
机载LiDAR发射的光脉冲信号 ， 可以穿过植被间隙到达地表 ， 通过多次回波分析 ， 便能够分别提取地面与植被的空间信息 。
一方面 ， 对于需要获取地面数字模型的场景 ， 例如地质灾害隐患调查 ， 可以通过滤波器将植被进行剔除 ， 发现那些平时被植被掩盖住的隐患区域；
另一方面 ， 在森林林业调查时 ， 又可以单独将林木信息进行保留 。 相比航空摄影测量仅能获取地物表面的空间信息 ， 机载LiDAR能获取地物垂向结构的空间信息 ， 具有明显的技术优势 。
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LiDAR多回波技术
此外 ， 激光雷达还具备高精度、低数据量、免像控等技术优势 ， 正因为如此 ， 用户对激光雷达的关注度越来越高 。 我的一个直观感受就是 ， 平时收到的用户咨询和意向也越来越多 。
另一方面 ， 我们平时在进行机载激光雷达作业时 ， 往往也会搭配一台可见光相机 ， 后期可以为激光点云做赋色处理 ， 还原地表真实的色彩与纹理信息 。 类似地 ， 机载LiDAR还可以搭配倾斜摄影、红外或高光谱相机系统 ， 一套系统博采众长 ， 多源数据的融合与应用是将来的大趋势 。
Q：PM-1500是单线还是多线扫描？
A：PM-1500采用的是单线扫描模式 ， 最快可以达到每秒400线的等效线数 。
用户刚开始接触激光雷达的时候 ， 往往受到“单线”、“多线”等字眼的困扰 ， 觉得“多线”就一定比“单线”性能更好 ， 这是不对的 。
多线激光雷达具有多组激光收发单元 ， 它们的相对位置固定 ， 通过整体旋转实现对空间的扫描 。 而单线激光雷达只有一组激光收发单元 ， 在点云的精度、强度信息复原上具有更好的一致性 ， 并且能通过棱镜的高速旋转达到多线激光雷达很难实现的更高等效线数 。 根据应用场景的不同 ， 还能对单线激光雷达的等效线数进行定制化 。
放到机载LiDAR实际应用的层面上来说 ， 像PM-1500最高等效线数可达到400线/秒 ， 能够搭配无人机或有人机在更高的飞行高度、更快的巡航速度下进行测绘作业 ， 不用担心地面点云稀薄 ， 这是多线激光雷达往往无法达到的 。
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PM-1500稠密的地面点云分布
就目前来说 ， 多线激光雷达主要应用在车载导航避障等场景 ， 而在高精度的机载地形测绘领域 ， 单线激光雷达在线数、精度和效率上具有更优的性能 。
Q：PM-1500采用的扫描方式是怎样的？
A：PM-1500采用多面塔棱镜的扫描方式向地面发射光脉冲 ， 结合飞行平台完成对地物的高精度测绘 。
机载激光雷达常见的扫描方式大体分为以下几种：
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机载LiDAR扫描方式（图源网络)
为了得到分布更均匀、更易处理的点云数据 ， 激光雷达内部通常采用旋转多面体棱镜的扫描方式 ， 地面的点云呈现平行线分布 。 PM-1500在多面体棱镜的基础上进行改良 ， 最终提出了正四面塔棱镜的设计方案 ， 并获得了相关的设计专利 ， 进一步减轻了整机重量 ， 延长了有效飞行采集时间 。
在镜体转速为100转/秒的情况下 ， 可以达到400线/秒的最高线频 ， 脉冲重复频率（PRR）更是可以达到200万点/秒 ， 更精准地还原地物的真实情况 。
Q：市面上有些LiDAR产品宣称能在机载、车载、背包等多种模式下进行作业 ， PM-1500是否有考虑升级视场角 ， 适配多种模式？
A：目前市面上的确有一些设备可以在机载、车载、背包等多种模式下作业 ， 为了适应这种多模式 ， 往往配备有360°的视场角 ， 但“有得必有失” ， 这种全方位视场角的激光雷达缺陷也很明显 ， 在机载模式时 ， 大量的光脉冲撒向了航线顶部和两侧的空中 ， 属于无效脉冲 ， 导致地面实际点密度稀疏 ， 同时浪费了宝贵的作业能量；在背包模式时 ， 相比目前市面上的手持SLAM设备 ， 其体积和重量都大很多 ， 安装不方便、操作也不灵活 。
俗话说 ， “专业的人做专业的事儿 ， 专业的设备干专业的活儿” 。
我们的PM-1500在设计研发之初 ， 就将产品形态定位在长距离、高点频、高精度的纯机载LiDAR旗舰产品 ， 扫描视场角FoV最终确定为75° ， 能以更低的能耗 ， 获取到更密的点云和更好的平面高程精度 。
同时 ， 根据市场经验 ， 购买机载激光雷达的客户 ， 后期其实很少有车载或背包场景下的作业需求 。 针对用户将来可能的多场景需求 ， 咱们海达数云依据自身全业务场景的布局优势 ， 可以为用户提供更加人性化的跟踪定制服务 。 只要购买了我们PM-1500机载产品的客户 ， 今后如果有车载、背包等场景下的激光雷达测绘需求 ， 海达数云可以免费提供对应的车载、背包产品供客户使用！我们的目的非常单纯 ， 就是让客户在购买PM-1500时没有后顾之忧 。
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海达数云全场景产品形态
【地面发射|海云TALK | 硬核解读PM-1500之科普篇】今天的分享就到这里 ， 《海云TALK | 硬核解读PM-1500》系列正在陆续推出 ， 敬请关注公众号：海达数云 ， 发现更多精彩案例 。
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