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激光雷达的应用 激光雷达的应用 （1） 基于激光雷达的移动机器人位姿估计方法综述 位姿估计方法是移动机器人研究的一个核心问题，精确地位姿估计对于机器人的定位、自动地图生成、路径规划等具有重要意义。传统的位姿估计方法在不同程度上都有位移误差较大、成本较高的缺点。而激光雷达刚好解决了这个问题。目前常用的激光雷达为2维脉冲式激光雷达，这种方法有两个重要的步骤：距离数据的表示和距离数据的对应。 数据的表示。利用一对脉冲近红外发射器和接收器，通过测量发射到接受的时间差，即可计算出目标的距离，从而得到关于环境的水平剖面图。对于静态环境的表示方法目前比较好的方法是Gonzalez提出的混合式表达方法，这种方法综合了基于特征的表示方法和占据网格的表示方法而提出的一种同时具有两者各自优点的方法。 距离数据的对应。目前已有的对应方法有特征—特征、点—特征和点—点等。以下主要介绍三类。特征—特征对应方法首先从参考扫描和当前扫描中分别抽取出一组特征，然后是用特征的属性和特征间相对关系对两组特征进行匹配，得到一组特征对，最后使用迭代的方法求解机器人的位姿，使特征对之间的误差最小。点—特征与特征—特征方法的不同主要在于它直接使用当前的原始数据与参考扫描的特征进行匹配，匹配的依据是点到线段的距离。由于这种方法在匹配中直接使用了原始的距离数据，避免了中间的特征抽取过程，因此这种方法的精度略高于特征—特征方法。点对点的方法是利用一个合适的规则直接匹配2个扫描中的数据，从而得到相对位姿的关系，目前这个常用的规则是最近点规则。 （2） 激光雷达技术在城市三维建筑模型中的应用 “数字城市”是数字地球技术系统的重要组成部分，而表达城市主要物体的三维模型包括三维地形，三维建筑模型、三维管线模型。这些三维建筑模型是数字城市重要的基础信息之一。 而激光雷达技术可以快速完成三维空间数据采集，它的优点使它有很广阔的应用前景。机载雷达系统的组成包括：激光扫描器、高精度惯性导航仪、应用查分技术的全球定位系统、高分辨率数码相机。通过这四种技术的集成可以快速的完成地面三维空间地理信息的采集，经过处理便可得到具有坐标信息的影像数据。 利用激光进行三维建筑建模的技术。首先，进行数据预处理。就是结合IMUU记录的姿势参数、机载GPS数据、地面基站GPS观察数据、GPS偏心分量、扫描仪和数码相机各自的偏心分量，进行GPS/IMU联合解算，得到扫描仪及相机曝光坐标下的轨迹文件，进而得到外方为元素。其次，使用LIDAR数据商业处理软件将地面数据与非地面数据分离，生成DEM，在利用纯地表数据对影像外方位元素通过寻找同名像点的方式进行校正快速生成DOM。DEM和DOM叠加在一起就形成了三维地形模型。最后，为了表达真实的城市面貌对三维建筑模型进行纹理贴图。纹理粘贴的方法常见的有手动粘贴和纹理映射两种。常用的纹理获取方法也有两种，第一种方法是对建筑顶部纹理采用航空影像，侧面纹理信息为手持相机实地拍摄。第二种方法为倾斜航空摄影。得到纹理后利用专业软件进行纹理面的选择、匀光处理等将反应建筑现状的影像信息映射在对应的模型上就达到了反映城市现状的目的。 （3） 激光雷达技术的发展及其在大气环境监测中的应用 激光雷达由于探测波长短、波束定向性强，能量密度高，因此具有高空间分辨率、高的 探测灵敏度、能分辨被探测物种和不存在探测盲区等优点，已经成为目前对大气进行高精度遥感探测的有效手段。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。 对大气污染物分布的观测。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可完成气溶胶浓度、空间分布及能见度的测定。 差分激光雷达主要用于大气成分的测定。差分激光雷达的测试原理是使用激光雷达发出两种不等的光，其中一个波长调到待测物体的吸收线，而另一波长调到线上吸收系数较小的边翼，然后以高重复频率将这两种波长的光交替发射到大气中，此时激光雷达所测到的这两种波长光信号衰减差是待测对象的吸收所致，通过分析便可得到待测对象的浓度分布。 在大气中间层金属蒸气层的观测主要采用荧光共振散射激光雷达。其原理是利用Na、K、Li、Ca等金属原子做为示踪物开展大气动力学研究。由于中间层顶大气分子密度较低，瑞利散射信号十分微弱，而该区域内的钠金属原子层由于其共振荧光截面比瑞利散射截面高几个数量级，因此，利用钠荧光雷达研究钠层分布，进而研究重力波等有关性质更展示其独有的特性。 （4） 激光雷达在空间交会对接中的应用 交会对接范围为