激光雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用的詳細(xì)分析

激光技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合便是激光雷達(dá)，絕對(duì)的“高”科技產(chǎn)品。激光雷達(dá)的工作原理與雷達(dá)非常相近，由激光器發(fā)射出的脈沖激光由空中入射到地面上，打到樹木上、道路上、橋梁上、房子上、引起散射，一部分光波會(huì)經(jīng)過反射返回到激光雷達(dá)的接收器中，接收器將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，記錄下來，同時(shí)通過計(jì)時(shí)器記錄同一個(gè)脈沖光信號(hào)由發(fā)射到被接收的時(shí)間。激光雷達(dá)技術(shù)產(chǎn)品種類繁多，性價(jià)比高，在我國眾多行業(yè)領(lǐng)域得到“大”規(guī)模應(yīng)用，尤其是環(huán)境監(jiān)測(cè)、電力、汽車、城市規(guī)劃、鐵路、林業(yè)、礦山、海岸線、考古等領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、GPS和其自身技術(shù)發(fā)展和完善，激光雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用最近幾年受到了越來越多的重視。

激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈拓?fù)鋱D

利用激光雷達(dá)可以探測(cè)氣溶膠、云粒子的分布、大氣成分和風(fēng)場(chǎng)的垂直廓線，對(duì)主要污染源可以進(jìn)行有效監(jiān)控。當(dāng)激光雷達(dá)發(fā)出的激光與這些漂浮粒子發(fā)生作用時(shí)會(huì)發(fā)生散射，而且入射光波長與漂浮粒子的尺度為同一數(shù)量級(jí)，散射系數(shù)與波長的一次方成反比，米氏散射激光雷達(dá)依據(jù)這一性質(zhì)對(duì)氣溶膠濃度、空間分布及能見度的測(cè)定，完成對(duì)大氣污染物分布的觀測(cè)。

大氣探測(cè)成像圖

基于電磁能量會(huì)從目標(biāo)反射回來的檢測(cè)原理，激光雷達(dá)成為氣象研究的一種非常重要的儀器。斯坦福研究所開發(fā)的第一個(gè)比較原始的儀器設(shè)計(jì)清楚地表明了激光雷達(dá)的應(yīng)用，如通過雨水或底層的云的結(jié)構(gòu)探測(cè)云和霧層的位置，上升限度的高度。激光雷達(dá)回波可以清楚的從低海拔地區(qū)觀察到一個(gè)清晰的連續(xù)氣溶膠層，而這對(duì)于肉眼來說是不可見。SRIMarkIII的激光雷達(dá)，對(duì)稀薄的卷云的檢測(cè)展示了一個(gè)更高的水平。它表明一個(gè)很高的峰值功率可以穿透云層，同時(shí)形成反射。利用這種現(xiàn)象在不同海波高度觀察時(shí)就可以證明幾個(gè)不同層的卷云的存在。

城市大氣污染監(jiān)測(cè)

由于城市擁擠、泊車位緊張，輔助駕駛系統(tǒng)發(fā)展迅速，自動(dòng)泊車系統(tǒng)能輔助駕駛員進(jìn)行泊車，減輕駕駛員操作強(qiáng)度，提高泊車的安全性，具有重要的研究意義。自動(dòng)泊車系統(tǒng)一般在汽車前后四周安裝感應(yīng)器，這些感應(yīng)器既可以充當(dāng)發(fā)送器，也可以充當(dāng)接收器。它們會(huì)發(fā)送激光信號(hào)，當(dāng)信號(hào)碰到車身周邊的障礙物時(shí)會(huì)反射回來。然后，車載計(jì)算機(jī)會(huì)利用其接收信號(hào)所需時(shí)間確定障礙物的位置。

目前的泊車系統(tǒng)多采用超聲測(cè)距儀作為車位檢測(cè)的傳感器，精度有限，且不能用于垂直泊車。以智能車為平臺(tái)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于激光雷達(dá)的自動(dòng)泊車系統(tǒng)，改進(jìn)了泊車方法，可以安全順利的完成常見的路邊平行泊車及垂直泊車入庫任務(wù)。

汽車在行駛過程中，駕駛員可設(shè)定預(yù)期車速，系統(tǒng)基于激光雷達(dá)的車輛跟蹤與識(shí)別算法結(jié)合車輛矩形投影及速度特征識(shí)別車輛，得到前車的確切位置，如果發(fā)現(xiàn)前車減速或監(jiān)測(cè)到新目標(biāo)，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)送執(zhí)行信號(hào)給發(fā)動(dòng)機(jī)或制動(dòng)系統(tǒng)來降低車速，使車輛和前車保持一個(gè)安全的行駛距離。當(dāng)前方道路沒車時(shí)又會(huì)加速恢復(fù)到設(shè)定的車速，雷達(dá)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)下一個(gè)目標(biāo)。主動(dòng)巡航控制系統(tǒng)代替司機(jī)控制車速，避免了頻繁地取消和設(shè)定巡航控制，使巡航系統(tǒng)適合于更多的路況，為駕駛者提供了一種更輕松的駕駛方式。

主動(dòng)巡航系統(tǒng)可自動(dòng)變道超車

系統(tǒng)將收集到的信息進(jìn)行分析，區(qū)分恒定不變的固體（車道分隔，出口坡道，公園長椅等）以及不斷移動(dòng)的物體（受驚的小鹿，行人，迎面而來的車輛等），并將所有的數(shù)據(jù)都匯總在一起，再根據(jù)密歇根大學(xué)開發(fā)的算法判斷周圍環(huán)境，從而做出相應(yīng)的反應(yīng)。

激光雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用于無人駕駛汽車

激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)的快速成型技術(shù)主要應(yīng)用于樣件汽車模型的制作和模具的開發(fā),這項(xiàng)技術(shù)能夠較大的縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低了開發(fā)的成本,，并且能夠使新產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力得到了提高。還能夠應(yīng)用在汽車的零部件上，多用于分析和檢驗(yàn)加工的工藝性能、裝配性能、相關(guān)的工裝模具以及測(cè)試運(yùn)動(dòng)特性、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和表達(dá)有限元分析結(jié)果的實(shí)體等。利用激光雷達(dá)的非接觸式測(cè)量、高精度、檢測(cè)速度快等特點(diǎn)，在汽車車身的三維檢測(cè)和開發(fā)設(shè)計(jì)過程中,激光雷達(dá)得到了廣泛的應(yīng)用。利用激光雷達(dá)測(cè)量得到車身的點(diǎn)云數(shù)據(jù),對(duì)車身進(jìn)行逆向設(shè)計(jì),將點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后進(jìn)行曲線、曲面、實(shí)體模型的重構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)車身模型重現(xiàn)的目的。

車模快速成型

在城市重要交通路口信號(hào)控制系統(tǒng)中集成一個(gè)地面三維激光掃描系統(tǒng)，通過激光掃描儀對(duì)一定距離的道路進(jìn)行連續(xù)掃描，獲得這段道路上實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的車流量點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理獲得車流量等參數(shù)，根據(jù)對(duì)東西向和南北向車流量大小的比較以及短暫車流量預(yù)測(cè)，從而自動(dòng)調(diào)節(jié)東西向和南北向信號(hào)燈周期。

智能交通信號(hào)控制

運(yùn)用三維激光掃描儀對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行三維掃描，現(xiàn)場(chǎng)取證，掃描儀的數(shù)據(jù)能夠生成事故現(xiàn)場(chǎng)的高質(zhì)量圖像和細(xì)節(jié)示意圖，便于后期提取調(diào)查和法庭審理。調(diào)查表明，用三維激光掃描儀采集事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)平均每次減少90分鐘的道路封閉時(shí)間。

激光雷達(dá)技術(shù)有著這么廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)，致使國內(nèi)眾多企業(yè)紛紛涉足其中。國內(nèi)主要激光雷達(dá)廠商（如下表格）。

（數(shù)據(jù)來源：Laser Manufacture News）

安裝激光雷達(dá)的汽車

根據(jù)Laser Manufacture News最新報(bào)告顯示，得益于無人駕駛汽車市場(chǎng)規(guī)模的爆發(fā)，預(yù)計(jì)2020年全球激光雷達(dá)市場(chǎng)可“上”100億的市場(chǎng)規(guī)模。我們有理由相信，激光雷達(dá)一定會(huì)以高、大、上的姿態(tài)在我國“數(shù)字城市”、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)檢測(cè)、油田勘探、城市智能交通、無人駕駛等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，特別是未來的無人駕駛汽車領(lǐng)域。

在《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》中提出：突破車用傳感器等先進(jìn)汽車電子的產(chǎn)業(yè)鏈短板，培育具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的零部件供應(yīng)商，著力推動(dòng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車關(guān)鍵零部件研發(fā)，重點(diǎn)支持傳感器等核心技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。

激光+雷達(dá)的“春天”來了。