激光扫描是最常用的点云获取方法之一。它使用激光距离测量技术来捕捉物体或环境的三维结构。激光扫描仪也具体细分为很多应用场景。本文介绍了激光雷达（LiDAR）技术的基本原理和应用。原理上，激光扫描仪发射激光，测量其与物体接触后的反射时间差，从而计算出距离，并创建点云数据，最终生成三维模型。星载激光雷达从卫星平台探测地球表面或大气，应用于地形测绘、森林监测等领域，但面临信号衰减和数据处理挑战。机载激光雷达从空中对地面发射激光脉冲，用于创建高精度的地形和植被三维模型，应用于林业、城市规划等。地面激光雷达通过人工操作设备进行高精度测量，适用于建筑测绘、考古等领域。移动激光雷达结合激光扫描和移动传感器技术，在移动中捕捉大范围三维空间数据，应用于城市测绘、道路检查、林业研究和自动驾驶汽车。

基本原理

1. 发射激光：激光扫描仪首先发射一束激光。激光是一种非常集中、能量高的光线。
2. 激光与物体接触：这束激光打到一个物体上，比如墙壁、车辆、建筑或任何其他物体。
3. 激光反射回来：物体会反射这束激光，反射回的激光会被扫描仪接收。
4. 计算距离：扫描仪计算激光发射出去和接收反射回来的时间差。由于激光的速度是已知的（光速），通过这个时间差，就可以计算出激光到达物体的距离。
5. 创建点云数据：重复这个过程，激光扫描仪可以快速地扫描周围的环境，每一次激光接触并返回的位置都会被记录下来。这些位置点汇集起来，就形成了一个“点云”，每个点都代表了空间中的一个具体位置。
6. 生成三维模型：通过处理这些点云数据，可以创建物体或环境的三维模型，用于各种应用，比如建筑测绘、工业设计、地形测量等。

星载激光雷达

星载激光雷达（LIDAR，Light Detection and Ranging）是一种从卫星平台上进行远程探测的技术，它使用激光来测量地球表面或大气的特性。

星载激光雷达通过发射激光脉冲并接收反射回来的光信号来工作。通过测量激光脉冲发射和接收之间的时间差，可以计算出激光与地球表面或大气中特定物体的距离。应用领域主要有：

• 地形和地貌测绘：用于制作高精度的地形图和地貌图，帮助研究地球表面的形状、地质结构等。
• 森林和植被监测：可以用来测量森林的高度、密度和生物量，对于监测生态系统和气候变化非常重要。
• 冰盖和冰川监测：通过测量极地地区的冰盖厚度和冰川运动，有助于研究全球变暖对极地冰盖的影响。
• 大气研究：通过分析大气中反射的激光信号，可以研究大气成分、云层结构和气溶胶等。

但是也面临着挑战：

• 信号衰减：由于激光脉冲需要穿过大气层，信号会有一定程度的衰减。
• 数据处理：星载激光雷达产生的数据量巨大，需要复杂的处理和分析方法。

代表性任务有NASA的ICESat（冰盖卫星）和ICESat-2任务，主要用于监测地球极地冰盖的变化，帮助科学家更好地理解全球气候变化。

机载激光雷达

机载激光雷达（通常称为机载LiDAR，即Light Detection and Ranging的缩写）是一种先进的遥感技术，它通过从空中对地面发射激光脉冲并接收反射回的激光来测量地面的距离。这种技术主要用于创建高精度的地形、地物和植被的三维模型。

机载激光雷达系统通常安装在飞机或直升机上。它发射激光脉冲到地面，然后测量每个激光脉冲被地面反射并返回到传感器的时间。通过这些信息，系统能够计算出激光脉冲与地面之间的距离。机载激光雷达非常擅长测量地形，即使是在植被覆盖的区域。它能够穿透树冠，测量到地面的真实高度，从而创建高精度的数字地形模型（DTM）。

这种技术在许多领域都有应用，如林业、城市规划、洪水风险评估、地质研究、考古和基础设施建设等。例如，在考古学中，机载激光雷达可以用来探测被植被覆盖的古代建筑遗迹。

地面激光雷达

地面激光雷达（也称为地面激光扫描或地面激光测量）是一种高精度的测量技术，主要用于捕捉地面物体的精确三维信息。通常需要人工操作，设备可以安装在三脚架上或直接放置在所需测量的地面上。操作者会根据需要移动设备，以从不同的角度和位置进行扫描。

地面激光雷达工作原理与一般的激光扫描相似。它通过发射激光束到目标物体上，然后接收反射回来的激光。通过计算激光往返的时间，可以确定物体的位置和距离。

地面激光雷达可以非常精确地测量物体的距离，其精度可以达到厘米级别，甚至更高。这使得它非常适合于需要高精度测量的领域，如建筑测绘、考古、林业测量等。

在多个领域都有应用，例如在建筑行业，它被用来测量建筑物的尺寸和形状，进行历史建筑的修复工作；在考古中，用于记录和分析遗址和古迹；在林业中，用于测量树木的高度、密度和其它参数。

移动激光雷达

移动激光雷达（通常称为移动激光扫描或MLIDAR）是一种高级的激光测量技术，它结合了激光扫描和移动传感器技术。这种技术通常用于捕捉大范围内的详细三维空间数据。

与固定激光扫描仪类似，移动激光雷达也发射激光，并捕捉反射回来的激光信号。通过这些信息，它可以测量物体的距离和位置。与固定激光扫描仪不同的是，移动激光雷达安装在一个移动平台上，如车辆、无人机或手持设备。这使得它能够在移动中捕捉数据，覆盖更大的区域。

移动激光雷达通常与其他传感器（如GPS和惯性测量单元IMU）集成，以提高测量数据的准确性和质量。GPS用于提供精确的地理位置信息，IMU则帮助跟踪移动平台的方向和加速度。

应用领域：

• 城市和地形测绘：用于大范围的地形和城市测绘，创建高精度的三维地图。
• 道路和基础设施检查：在道路规划和维护中，用于捕捉路面条件，识别道路损坏等。
• 林业和环境研究：用于测量树木和植被，评估森林资源和环境变化。
• 自动驾驶汽车：在自动驾驶技术中，用于实时地感知和理解汽车周围的环境，确保安全行驶。