CX/powertwo 熒光激光雷達系統

產品性能：

CX/powertwo熒光激光雷達系統結合激光誘導熒光技術、激光雷達技術與推掃式掃描技術，實現了熒光多光譜點云的獲取。該系統可應用于林業資源調查、農業遙感應用、植物表型探測、枝葉分割、地上生物量計算、脅迫探測、葉綠素分布探測、葉面積指數探測、生物氣溶膠監測、石油泄漏早期檢測等科研與教學領域，相比較傳統的激光雷達通過測量反射光的飛行時間獲得距離信息，并可得到反射光的強度信息，結合旋轉機構最終獲得點云。該系統能為用戶提供相較更加豐富的數據。

一、熒光激光雷達系統科研使用場景：

1）植物表型探測：熒光激光雷達可以獲得三維熒光點云，從而在獲得植物形狀結構參數的同時，通過多光譜熒光數據獲得特征組份與生理參數的三維空間分布。

2）枝葉分割：傳統的枝葉分割基于點云的空間位置與強度，需要匹配負責的算法，魯棒性不強。由于枝葉的葉綠素含量相差較大，而熒光多光譜點云與葉綠素熒光正相關，因而通過熒光點云可以很容易的實現枝葉分離，且結果穩定可靠。

3）地上生物量計算：在使用激光雷達進行地上生物量檢測時，需要排除樹葉點云的影響。熒光激光雷達可以準確地排除樹葉點云，不需要人工剪除樹葉，實現了生物量的無損檢測。

4）脅迫探測：各種脅迫下葉綠素的熒光響應一直是植物表型領域的研究熱點。熒光激光雷達可以獲取各點的多通道熒光強度，并可以定制程序實現定時自動掃描記錄，為脅迫探測提供高通量解決方案。

5）葉綠素分布探測：本熒光激光雷達實現的多通道熒光，可以定性得到葉綠素濃度相對分布，并可通過標定獲得絕對濃度分布的測量。

6）葉面積指數探測：在枝葉分離的基礎上，通過對點云數據的計算與疊加，實現準確葉面積指數的探測。

7）漏油監測：通過激光激發水面浮油（如石油漏油）發出熒光,并對熒光進行分析。通過專門的模型算法，該系統可以檢測空氣中的薄層油或生物顆粒，這些物質用肉眼往往很難觀測到。即使在沒有油的情況下，該系統也能提供有關水質（藻類攜帶的葉綠素）的有用信息。

8）生物氣溶膠監測：各種海上和陸地事故、氣候變化的影響，甚至生物戰的爆發，都可能造成災難性的經濟、環境和社會后果，并帶來生物顆粒數量、密度與成分結構上的變化。因此，生物顆粒的早期檢測具有非常重要的意義。熒光激光雷達可以從熒光的角度，對在空氣中存在的生物氣溶膠（真菌孢子、花粉粒、昆蟲等）等進行檢測。

二、教學使用場景：

1）形態結構測量教學：在林業資源調查中，傳統植物形態結構測量需要通過人工方式，使用卷尺等傳統工具測量植株的高度、胸徑、地上生物量等參數。對于較高的林木，往往需要使用胸徑乘以一定系數進行估算，因而會引入誤差；對于地上生物量的測量，需要對植物進行破快性測量，在教學時只能對測量過程進行描述。熒光激光雷達可以獲得林木的熒光點云。通過對點云的處理，可以獲得不同高度的胸徑、植株的高度。對生物量進行測量時，可以引入枝葉分割算法，通過點云的多光譜熒光特性方便的將樹葉點云去除，留下枝干點云進行計算最終得到體積。教學過程包括多點數據采集、降噪、點云匹配、枝葉分離、數據擬合、計算等過程，培養學生動手實驗能力與數據處理能力。

2）脅迫熒光檢測探索教學：葉綠素熒光是一種常見的植物表型檢測方式。通過葉綠素熒光的變化可以探索植物在缺水、缺氮、缺光照等脅迫條件下的反應，從而建立表型與脅迫預測模型。本系統可以同時獲取點云信息與熒光信息，可作為學生探索植物不同因素脅迫時的檢測工具，應用于一些脅迫反應的驗證與新脅迫反應的探索。

系統特點：

1）同時獲取三維點云與RGB三通道熒光點云；

2）采用推掃式結構，單次對一個平面進行探測，角分辨率較128線激光雷達可以高1個數量級；

3）全時段工作，可編程控制運行；

4）實時提供結果，不需要人工采樣和化學分析；

5）根據當地大氣條件檢測薄油層和空氣中的生物顆粒；

6）能夠區分檢測到的關鍵類型的油或生物顆粒。

技術參數表：

應用案例：

1）對1米外的綠蘿進行掃描，使用R通道與B通道比值進行展現，可以看出綠蘿的三維形貌得到了很好的還原，同時可以通過點云的R/B通道強度定量觀測葉綠素分布。

2）對1米外的棕竹進行掃描，使用R通道與B通道比值進行展現，可以看出棕竹的三維形貌得到了很好的還原，同時通過給R/B通道強度設定閾值，即使棕竹的點云非常雜亂緊密，也可以很方便的區分出葉與枝的點云。

3）對7米外的柚子樹進行掃描，可以看出樹干、樹葉、柚子的點云其熒光表現各不相同，通過設定閾值可以做到很好的區分。