Lidar Remote Sensing: Αρχή, Εφαρμογή, Δωρεάν Πόροι και Λογισμικό

Αεροπορικοί αισθητήρες LidarΜπορεί είτε να καταγράψει συγκεκριμένα σημεία από έναν παλμό λέιζερ, γνωστή ως μετρήσεις διακριτών επιστροφής, είτε να καταγράψει το πλήρες σήμα καθώς επιστρέφει, που ονομάζεται πλήρες κύμα, σε σταθερά διαστήματα όπως 1 ns (που καλύπτει περίπου 15 cm). Το πλήρες κύμα lidar χρησιμοποιείται κυρίως στη δασοκομία, ενώ η διακριτή επιστροφή Lidar έχει ευρύτερες εφαρμογές σε διάφορους τομείς. Αυτό το άρθρο συζητά κυρίως τη διακριτή επιστροφή Lidar και τις χρήσεις του. Σε αυτό το κεφάλαιο, θα καλύψουμε αρκετά βασικά θέματα σχετικά με το Lidar, συμπεριλαμβανομένων των βασικών στοιχείων του, τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί, την ακρίβειά του, τα συστήματα και τους διαθέσιμους πόρους.

Βασικά στοιχεία του Lidar

Τα εδάφια LIDAR συστήματα συνήθως χρησιμοποιούν λέιζερ με μήκη κύματος μεταξύ 500-600 nm, ενώ τα αερομεταφερόμενα συστήματα LIDAR χρησιμοποιούν λέιζερ με μεγαλύτερα μήκη κύματος, που κυμαίνονται από 1000-1600 nm. Μια τυποποιημένη ρύθμιση Airborne Lidar περιλαμβάνει έναν σαρωτή λέιζερ, μια μονάδα για την απόσταση μέτρησης (μονάδα εμβέλειας) και τα συστήματα ελέγχου, παρακολούθησης και εγγραφής. Περιλαμβάνει επίσης ένα διαφορικό σύστημα παγκόσμιας τοποθέτησης (DGPs) και μια μονάδα αδρανειακής μέτρησης (IMU), που συχνά ενσωματώνεται σε ένα μόνο σύστημα γνωστό ως σύστημα θέσης και προσανατολισμού. Αυτό το σύστημα παρέχει δεδομένα ακριβούς θέσης (γεωγραφικό μήκος, γεωγραφικό πλάτος και υψόμετρο) και προσανατολισμό (ρολό, βήμα και επικεφαλίδα).

 Τα μοτίβα στα οποία το λέιζερ σαρώνει την περιοχή μπορεί να ποικίλει, συμπεριλαμβανομένων των ζιγκ -ζαγκ, παράλληλων ή ελλειπτικών διαδρομών. Ο συνδυασμός δεδομένων DGP και IMU, μαζί με δεδομένα βαθμονόμησης και παραμέτρους τοποθέτησης, επιτρέπει στο σύστημα να επεξεργάζεται με ακρίβεια τα συλλεγόμενα σημεία λέιζερ. Αυτά τα σημεία αντιστοιχούν στη συνέχεια συντεταγμένες (x, y, z) σε ένα γεωγραφικό σύστημα συντεταγμένων χρησιμοποιώντας το παγκόσμιο γεωδαιτικό σύστημα του 1984 (WGS84).

Πώς LidarΑπομακρυσμένη ανίχνευσηΕργοστάσιο; Εξηγήστε με έναν απλό τρόπο

Ένα σύστημα LIDAR εκπέμπει ταχείες παλμούς λέιζερ προς ένα αντικείμενο στόχου ή επιφάνεια.

Οι παλμοί λέιζερ αντανακλούν τον στόχο και επιστρέφουν στον αισθητήρα LIDAR.

Ο αισθητήρας μετράει ακριβώς το χρόνο που χρειάζεται για κάθε παλμό να ταξιδέψει στον στόχο και την πλάτη.

Χρησιμοποιώντας την ταχύτητα του φωτός και τον χρόνο ταξιδιού, υπολογίζεται η απόσταση προς τον στόχο.

Σε συνδυασμό με τα δεδομένα θέσης και προσανατολισμού από αισθητήρες GPS και IMU, καθορίζονται οι ακριβείς 3D συντεταγμένες των αντανακλάσεων λέιζερ.

Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα πυκνό σύννεφο 3D σημείου που αντιπροσωπεύει τη σαρωμένη επιφάνεια ή το αντικείμενο.

Φυσική αρχή του Lidar

Τα συστήματα Lidar χρησιμοποιούν δύο τύπους λέιζερ: παλμικό και συνεχές κύμα. Τα Pulsed Lidar Systems λειτουργούν στέλνοντας έναν παλμό μικρού φωτός και στη συνέχεια μετρώντας το χρόνο που χρειάζεται για να ταξιδέψει αυτό το παλμό στον στόχο και πίσω στον δέκτη. Αυτή η μέτρηση του χρόνου μετ 'επιστροφής βοηθά στον προσδιορισμό της απόστασης προς το στόχο. Εμφανίζεται ένα παράδειγμα σε ένα διάγραμμα όπου εμφανίζονται τα πλάτη τόσο του μεταδιδόμενου σήματος φωτός (AT) όσο και του ληφθέν φωτός (AR). Η βασική εξίσωση που χρησιμοποιείται σε αυτό το σύστημα περιλαμβάνει την ταχύτητα του φωτός (C) και την απόσταση από τον στόχο (R), επιτρέποντας στο σύστημα να υπολογίζει την απόσταση με βάση πόσο καιρό χρειάζεται για να επιστρέψει το φως.