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

Zračni LiDAR senzoriMože snimiti određene točke laserskog impulsa, poznate kao mjerenja diskretnog povrata, ili snimiti cijeli signal kako se vraća, nazvan puni valni oblik, u fiksnim intervalima poput 1 ns (što 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 raspravlja o LiDAR-u s diskretnim povratom i njegovoj upotrebi. U ovom poglavlju obradit ćemo nekoliko ključnih tema o LiDAR-u, uključujući njegove osnovne komponente, način rada, točnost, sustave i dostupne resurse.

Osnovne komponente LiDAR-a

Zemaljski LiDAR sustavi obično koriste lasere s valnim duljinama između 500 i 600 nm, dok zračni LiDAR sustavi koriste lasere s dužim valnim duljinama, u rasponu od 1000 do 1600 nm. Standardni zračni LiDAR sustav uključuje laserski skener, jedinicu za mjerenje udaljenosti (jedinicu za mjerenje udaljenosti) i sustave za kontrolu, praćenje i snimanje. Također uključuje Diferencijalni globalni pozicijski sustav (DGPS) i Inercijalnu mjernu jedinicu (IMU), često integrirane u jedan sustav poznat kao sustav za položaj i orijentaciju. Ovaj sustav pruža precizne podatke o lokaciji (dužina, širina i visina) i orijentaciji (nagib, progib i smjer).

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

Kako LiDARDaljinsko istraživanjeDjelaObjasnite na jednostavan način

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

Laserski impulsi se odbijaju od cilja i vraćaju se do LiDAR senzora.

Senzor precizno mjeri vrijeme potrebno da svaki impuls stigne 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: pulsirajući i kontinuirani val. Pulsirajući LiDAR sustavi rade tako da šalju kratki svjetlosni impuls, a zatim mjere vrijeme potrebno da taj impuls putuje do cilja i natrag do prijemnika. Ovo mjerenje vremena povratnog puta pomaže u određivanju udaljenosti do cilja. Primjer je prikazan na dijagramu gdje su prikazane amplitude i propuštenog 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), što omogućuje sustavu da izračuna udaljenost na temelju vremena potrebnog za povratak svjetlosti.