光子激光雷达，测绘应用的一个有前途的进展

机载激光雷达在过去的二十年中已经成熟成为一种测绘技术，通常用于城市地区的三维建模，捕捉北方森林，海底测绘和世界各地的许多其他应用。激光脉冲的发射速度持续上升，对于许多商业系统来说，它已经达到了令人印象深刻的每秒一百万次脉冲的数量。空气中的多个脉冲和(全)波形数字化是近年来用户发现的其他发展。去年Optech推出了世界上第一个多光谱机载激光雷达Titan。毫无疑问，改进和进步将继续出现。光子激光雷达(也称为盖格模式激光雷达)是最近在地图应用方面一个看起来很有前途的进展。但是光子激光雷达是什么呢?

在传统的激光雷达系统中，一个脉冲提供反射率、范围和数据，当使用(全)波形数字化时，单脉冲在物体上的足迹的表面结构一个脉冲产生一个信息核一个对象的观点。返回的信号包含数千个光子。与此相反，光子激光雷达方法从系统发射的单个脉冲中创建一个点阵列——一个脉冲被分成几十个或数百个子脉冲。通过衍射光学的使用，将一个脉冲分割为多个脉冲，从而将输出脉冲分割为一组子脉冲。光学可以根据用户的需要进行定制;例如，阵列的大小可以是这样的:由传感器发射的一个脉冲产生10 × 10个子脉冲的四边形。在一个10 × 10阵列的脉冲分区，使一个脉冲可以捕获多达100个点的点云。从单个子脉冲返回的信号被一个同样由10 × 10阵列组成的接收器捕获。因此，一个脉冲不像传统机载激光雷达那样覆盖一个足迹，而是捕获多个相邻的点，从而产生较高的点密度。传感器的灵敏度是如此之高，以至于即使返回信号中只有一个光子，到物体表面的距离也可以确定。 Therefore, it is of no great concern if many photons in the fired pulses or return signals get lost in the atmosphere. As a result, the distance from sensor to the object may be much larger than for conventional Lidar. Similarly the swath width may be larger which reduces the number of flight lines, and hence data acquisition time, without affecting point density. A typical conventional airborne Lidar survey may be flown at 1,000m to 1,500m while a photon Lidar survey may achieve equivalent point densities at a flying height of 4,000m to 5,000m and the number of flight lines may be reduced by a factor three.

没有障碍吗?是的,有。光子激光雷达只检测光子和记录飞行时间，但不返回信号的强度，因此没有波形数字化是可能的。通过使用RGB和近红外相机，可以弥补第一个缺点，而表面结构的重建，这是波形数字化的主要资产，可以得到密集的点云。在低功率水平下工作的能力是一个优势，但另一方面需要高度敏感的传感器，这可能会错误地检测到太阳光子作为返回信号。这种类型的噪声的影响可以通过仔细设计光束发散度、光谱宽度、滤波器和其他系统参数来减少。到目前为止，光子激光雷达还没有用于商业收集地理数据。在它成为一项成熟的技术之前，还需要进一步的研究，以获得对精度和可靠性特征的深入了解，并对提高这些主要测量参数的方法进行深入研究。

马蒂亚斯·莱蒙斯，GIM国际高级编辑188金宝搏特邀