光在科技CO2激光雷达用于验证城市高分辨率碳排放模型

杭州光机所孵育企业——光在科技与剑桥大学、东南大学、南京信息工程大学、国家碳计量中心（福建）等知名科研单位合作，依托光在科技研发团队研制的CO2通量探测激光雷达，开发了一种新型的基于LiDAR验证的时空碳排放模型框架，在城市碳排放估计领域取得了重要进展。相关研究成果已在建筑领域一区顶级期刊《Sustainable Cities and Society》上发表，影响因子12。

▲ 图1 光在科技研制的CO2激光雷达照片与观测范围

精确且可操作的碳排放核算对于高密度城市环境的可持续转型以及实现全球气候变化减缓目标至关重要。然而，传统方法既缺乏精细的时空分辨率，也缺乏可靠的地面验证。为此，本研究提出了一种基于机器学习优化的时空碳排放模型（SCE-Model）。该模型输出与相干差分吸收激光雷达观测数据高度一致（R² = 0.79；±5 ppm），为模型在邻里尺度上的可靠性提供了有力的统计支持，也验证了激光雷达数据在提升模型准确性和可靠性方面的关键作用。

SCE-Model框架能够实现小时级、街区级的碳排放映射，填补了现有城市碳监测中的关键空白，提供了一种高分辨率的碳核算方法，助力密集城市地区制定定向减碳策略。该研究为实现城市碳中和目标提供了科学依据，也推动了将人为排放、城市绿地和邻里类型整合到下一代城市碳管理政策中的科学基础。

SCE-Model框架包括：

1）多源数据整合：整合异构的多源城市数据集（如3D建筑数据、交通状态数据、人口热力图数据和遥感数据）；

2）城市碳排放建模：实现四个子模型，结合机器学习方法和基于物理的排放模型，以捕捉非线性相互作用；

3）基于激光雷达的模型验证：使用近地表的激光雷达观测数据进行高分辨率模型验证；

4) 策略制定：应用聚类分析识别排放类型，并为特定邻里的减碳策略提供指导。

研究结果表明，集成的时空分析揭示了排放节律和空间配置共同塑造了邻里尺度的碳足迹。具体体现在：人类代谢活动主导了当地排放，这一因素在密集城市核心区之前未受到足够重视。其次，作为主要的人为排放源，交通和建筑排放表现出明显的昼夜节律和空间聚集性，推动了排放热点的形成。第三，尽管城市绿地和绿道集中了部分碳汇，但它们仅对这些主要的人为排放提供了适度的抵消，突显了碳汇和碳源之间的关键不平衡。

作为一个可复制且经过验证的模型，SCE-Model为高分辨率城市碳核算提供了革命性的新思路。它不仅为基于证据的减碳规划和针对性气候行动奠定了科学基础，也为全球密集城市向碳中和过渡提供了可扩展的路径。

 图2 时空碳排放模型框架

 图3 工作日源汇空间动态分布。

(a) 建筑，(b) 交通运输，(c) 人体代谢，(d) 植被碳汇

图4 近地表二氧化碳浓度与模拟排放量的对比。(a) 四个方位扇区内激光雷达观测的近地表二氧化碳空间分布（单位：ppm）。(b) 模拟净排放量（蓝色）与激光雷达观测的近地表二氧化碳浓度（橙色）的标准化时间序列，其中阴影区域表示模拟序列的±1个标准差范围。

研发团队的陈逸翔博士、章振博士、余赛芬博士和夏海云教授参与了该论文的合作。

论文：Yueyue Wu, Yi Zheng, Yixiang Chen, Xinbei Wang, Zhen Zhang, Saifen Yu, Haiyun Xia, ChengHe Guan*, "High-resolution carbon modeling in dense urban areas: LiDAR-validated spatiotemporal mapping for neighborhood decarbonization," Sustainable Cities and Society, 135, 106981, 2025.

链接：

https://doi.org/10.1016/j.scs.2025.106981.

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杭州光在科技有限公司

光在科技是一家集研发设计、生产制造、技术服务于一体的激光雷达高新技术企业，是激光雷达制造与解决方案的引领者。 

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公司核心技术团队现有博士10人，均具有中国多个一流学科背景。团队聚焦研发生产激光雷达23年，多项激光雷达技术达到世界领先水平，先后获得2014军队科技进步一等奖、2017日内瓦国际发明展特别金奖、2021全国博士后创新创业大赛金奖、2024国防科技进步二等奖、2024中国光电仪器品牌“金燧奖”金奖等荣誉。 

光在科技已研制多种应用场景激光雷达系统，包括多大气参数遥感激光雷达、“低慢小”目标多特征参数遥感激光雷达、三维空间气体精密光谱遥感激光雷达等，产品主要应用于低空经济、应急消防、双碳环保、战场环境感知和预报等领域。