LiDAR daljinsko očitavanje: princip, primjena, besplatni resursi i softver

LiDAR senzori u zrakumože uhvatiti određene točke iz laserskog pulsa, poznato kao diskretna povratna mjerenja, ili snimiti cijeli signal dok se vraća, što se naziva puni valni oblik, u fiksnim intervalima poput 1 ns (koji pokriva oko 15 cm). LiDAR s punim valnim oblikom uglavnom se koristi u šumarstvu, dok LiDAR s diskretnim povratom ima širu primjenu u raznim područjima. Ovaj članak prvenstveno govori o LiDAR-u s diskretnim povratom i njegovoj upotrebi. U ovom poglavlju pokrit ćemo nekoliko ključnih tema o LiDAR-u, uključujući njegove osnovne komponente, način na koji radi, njegovu točnost, sustave i dostupne resurse.

Osnovne komponente LiDAR-a

Zemaljski LiDAR sustavi obično koriste lasere s valnim duljinama između 500-600 nm, dok LiDAR sustavi u zraku koriste lasere s dužim valnim duljinama, u rasponu od 1000-1600 nm. Standardna postavka LiDAR-a u zraku uključuje laserski skener, jedinicu za mjerenje udaljenosti (mjernu jedinicu) i sustave za kontrolu, nadzor i snimanje. Također uključuje diferencijalni sustav globalnog pozicioniranja (DGPS) i inercijalnu mjernu jedinicu (IMU), često integrirane u jedan sustav poznat kao sustav položaja i orijentacije. Ovaj sustav pruža precizne podatke o lokaciji (dužina, širina i nadmorska visina) i orijentaciji (nagib, nagib i smjer).

 Uzorci po kojima laser skenira područje mogu varirati, uključujući cik-cak, paralelne ili eliptične staze. Kombinacija DGPS i IMU podataka, zajedno s podacima o kalibraciji i montažnim parametrima, omogućuje sustavu preciznu obradu prikupljenih laserskih točaka. Tim se točkama zatim dodjeljuju koordinate (x, y, z) u geografskom koordinatnom sustavu koji koristi datum Svjetskog geodetskog sustava iz 1984. (WGS84).

Kako LiDARDaljinsko očitavanjeDjela? Objasnite na jednostavan način

LiDAR sustav emitira brze laserske impulse prema ciljanom objektu ili površini.

Laserski impulsi odbijaju se od cilja i vraćaju se na LiDAR senzor.

Senzor precizno mjeri vrijeme koje je potrebno svakom impulsu da putuje do cilja i natrag.

Koristeći brzinu svjetlosti i vrijeme putovanja, izračunava se udaljenost do cilja.

U kombinaciji s podacima o položaju i orijentaciji iz GPS i IMU senzora, određuju se precizne 3D koordinate laserskih refleksija.

To rezultira gustim 3D oblakom točaka koji predstavlja skeniranu površinu ili objekt.

Fizički princip LiDAR-a

LiDAR sustavi koriste dvije vrste lasera: pulsirajuće i kontinuirane valove. Pulsirani LiDAR sustavi funkcioniraju tako da šalju kratki svjetlosni impuls i zatim mjere vrijeme koje je potrebno tom impulsu da putuje do cilja i natrag do prijemnika. Ovo mjerenje povratnog vremena pomaže u određivanju udaljenosti do cilja. Primjer je prikazan u dijagramu gdje su prikazane amplitude i odaslanog svjetlosnog signala (AT) i primljenog svjetlosnog signala (AR). Osnovna jednadžba koja se koristi u ovom sustavu uključuje brzinu svjetlosti (c) i udaljenost do cilja (R), omogućujući sustavu da izračuna udaljenost na temelju vremena potrebnog da se svjetlost vrati.