下一代激光雷达:透过树木看森林


发布日期 : 2021-07-22 01:20:48 UTC

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激光雷达技术的一个主要优势是其能够穿透茂密的植被 (例如森林树冠)以收集表面高程数据并检测隐藏在人眼 或其他光电方法中的物体,例如隐藏的建筑物、道路或武器。

相比之下,摄影测量技术无法辨别被植被遮挡的物体。 摄影测量只能基于二维图像创建高程模型, 无法穿透茂密的森林或灌木丛。

当然,激光雷达实际上并不能穿透植被。相反, 可透过树叶上的洞看到,发射的多个激光脉冲中的一些 只是在树叶和树枝之间找到开口,就像阳光穿过森林树冠, 继续向下传播到地面一样。

然而,传统线性模式激光雷达的问题在于, 某些脉冲确实会击中树叶和树枝。 这些脉冲要么分解成多个 返回信号,要么压倒来自确实找到开口并返回的光的较微弱信号。 因此,使用传统的线性模式激光雷达很难测量隐藏在树叶下的物体。

![](https://www.osgeo.cn/static/upload/c3/c37c56f2-ea8a-11eb-a5ce-00163e0533f4_m.jpg)
在树冠下捕获的建筑结构

下一代盖革模式激光雷达

当今,下一代盖革模式激光雷达正在改变这种状况。 与传统的线性模式激光雷达不同,盖革模式激光雷达 使用光电二极管阵列将红外光照射到某个区域。 阵列中的每个二极管都足够灵敏,可以检测到从照明区 域反射的单光子。该阵列安装在扫描仪上, 扫描仪以一定角度旋转以创建锥形视野。

这会产生圆形地面视场,而不是像线性模式激光雷达那样是一条线。 当扫描仪旋转时,光电二极管阵列每秒最多闪烁 50,000 次, 每次闪光从多个角度进行 4,096 次测量, 相当于每秒 2.05 亿个样本。因此,在一次飞越中, 每平方米的地形可以被采样数千次。

盖革模式的高密度和多角度外观提供了更好的穿透树叶的机会, 即使树冠下的物体被明显遮挡, 使用盖革模式激光雷达也可以详细提取它们的特征。

盖革模式激光雷达由 L3Harris 公司与麻省理工学院 林肯实验室联合开发,仅依靠返回探测器的单个光子来 测量到地面的距离。这与需要返回数千个光子的线性模式 激光雷达相比具有显着优势。线模激光雷达需要更高功率的 激光以更低的高度和更慢的速度飞行。另一方面, 盖革模式激光雷达可以在更高的高度飞行得更快, 使其能够看到下面更多的地球并一次收集更多。

能够看穿林冠并更快、更有效地进行广域采集, 对于定位非法毒品农场或打击价值数十亿美元的全球 非法野生动植物贸易以及利用毒品的国际犯罪集团和恐怖组织来说, 是一种福音。这种贸易作为一种低风险的收入来源,为其运营提供资金。

根据联合国环境规划署的数据,非法的全球野生动物贸易 不仅导致了前所未有的生物多样性丧失,而且已经成为对 人类健康的严重威胁,正如COVID-19大流行所证明的那样, 所有新出现的传染病中有四分之三是人畜共患的。