LiDAR Remote Sensing: Zasada, Zastosowanie, Bezpłatne Zasoby i Oprogramowanie

Czujniki LiDAR w powietrzumoże albo przechwytywać określone punkty z impulsu laserowego, znane jako dyskretne pomiary powrotne, albo rejestrować cały sygnał w miarę jego powrotu, nazywany pełną formą fali, w ustalonych odstępach czasu, takich jak 1 ns (co obejmuje około 15 cm). Pełnofalowy LiDAR jest najczęściej używany w leśnictwie, podczas gdy dyskretny LiDAR powrotny ma szersze zastosowania w różnych dziedzinach. W tym artykule omówiono przede wszystkim dyskretny LiDAR powrotny i jego zastosowania. W tym rozdziale omówimy kilka kluczowych tematów dotyczących LiDAR, w tym jego podstawowe komponenty, sposób działania, dokładność, systemy i dostępne zasoby.

Podstawowe komponenty LiDAR

Naziemne systemy LiDAR zazwyczaj wykorzystują lasery o długości fali od 500 do 600 nm, podczas gdy powietrzne systemy LiDAR wykorzystują lasery o dłuższych długościach fali, w zakresie od 1000 do 1600 nm. Standardowa konfiguracja lotniczego systemu LiDAR obejmuje skaner laserowy, jednostkę do pomiaru odległości (jednostka pomiaru odległości) oraz systemy do sterowania, monitorowania i rejestrowania. Obejmuje również Różnicowy Globalny System Pozycjonowania (DGPS) i Bezwładnościową Jednostkę Pomiarową (IMU), często zintegrowane w pojedynczym systemie znanym jako system położenia i orientacji. System ten dostarcza precyzyjne dane dotyczące lokalizacji (długość, szerokość i wysokość) oraz orientacji (przechył, nachylenie i kurs).

 Wzory, w których laser skanuje obszar, mogą się różnić, w tym ścieżki zygzakowate, równoległe lub eliptyczne. Połączenie danych DGPS i IMU, wraz z danymi kalibracyjnymi i parametrami montażowymi, pozwala systemowi na dokładne przetwarzanie zebranych punktów laserowych. Następnie tym punktom przypisuje się współrzędne (x, y, z) w układzie współrzędnych geograficznych przy użyciu układu odniesienia World Geodetic System of 1984 (WGS84).

Jak LiDARZdalne wykrywanieFabryka? Wyjaśnij w prosty sposób

System LiDAR emituje szybkie impulsy laserowe w kierunku obiektu lub powierzchni docelowej.

Impulsy laserowe odbijają się od celu i wracają do czujnika LiDAR.

Czujnik dokładnie mierzy czas potrzebny każdemu impulsowi na dotarcie do celu i powrót.

Na podstawie prędkości światła i czasu podróży obliczana jest odległość do celu.

W połączeniu z danymi o położeniu i orientacji pochodzącymi z czujników GPS i IMU, określane są dokładne współrzędne 3D odbić laserowych.

W rezultacie powstaje gęsta chmura punktów 3D, reprezentująca zeskanowaną powierzchnię lub obiekt.

Zasada fizyczna LiDAR

Systemy LiDAR wykorzystują dwa rodzaje laserów: impulsowy i ciągły. Impulsowe systemy LiDAR działają poprzez wysyłanie krótkiego impulsu światła, a następnie mierzenie czasu potrzebnego na dotarcie tego impulsu do celu i powrót do odbiornika. Ten pomiar czasu podróży w obie strony pomaga określić odległość do celu. Przykład pokazano na diagramie, na którym wyświetlane są amplitudy zarówno sygnału świetlnego przesyłanego (AT), jak i odebranego (AR). Podstawowe równanie używane w tym systemie obejmuje prędkość światła (c) i odległość do celu (R), co pozwala systemowi obliczyć odległość na podstawie czasu potrzebnego na powrót światła.