Daljinsko zaznavanje LiDAR: princip, uporaba, brezplačni viri in programska oprema

Senzorji LiDAR v zrakulahko zajame določene točke iz laserskega impulza, kar je znano kot diskretne meritve povratka, ali posname celoten signal, ko se vrne, imenovan polna valovna oblika, v fiksnih intervalih, kot je 1 ns (ki pokriva približno 15 cm). LiDAR s polno valovno obliko se večinoma uporablja v gozdarstvu, medtem ko ima LiDAR z diskretnim povratkom širše uporabe na različnih področjih. Ta članek obravnava predvsem diskretni povratni LiDAR in njegovo uporabo. V tem poglavju bomo obravnavali več ključnih tem o LiDAR-ju, vključno z njegovimi osnovnimi komponentami, kako deluje, njegovo natančnostjo, sistemi in razpoložljivimi viri.

Osnovne komponente LiDAR

Zemeljski sistemi LiDAR običajno uporabljajo laserje z valovno dolžino med 500–600 nm, medtem ko sistemi LiDAR v zraku uporabljajo laserje z daljšimi valovnimi dolžinami od 1000–1600 nm. Standardna postavitev LiDAR v zraku vključuje laserski skener, enoto za merjenje razdalje (enoto za merjenje razdalje) in sisteme za nadzor, spremljanje in snemanje. Vključuje tudi diferencialni globalni sistem za določanje položaja (DGPS) in inercialno merilno enoto (IMU), ki sta pogosto integrirana v en sam sistem, znan kot sistem za določanje položaja in orientacije. Ta sistem zagotavlja natančne podatke o lokaciji (zemljepisna dolžina, širina in nadmorska višina) in orientaciji (nagib, naklon in smer).

 Vzorci, po katerih laser skenira območje, so lahko različni, vključno z cik-cak, vzporednimi ali eliptičnimi potmi. Kombinacija podatkov DGPS in IMU, skupaj s podatki o kalibraciji in montažnimi parametri, omogoča sistemu natančno obdelavo zbranih laserskih točk. Tem točkam se nato dodelijo koordinate (x, y, z) v geografskem koordinatnem sistemu z uporabo datuma Svetovnega geodetskega sistema iz leta 1984 (WGS84).

Kako LiDARDaljinsko zaznavanjedela? Pojasnite na preprost način

Sistem LiDAR oddaja hitre laserske impulze proti ciljnemu predmetu ali površini.

Laserski impulzi se odbijejo od cilja in se vrnejo na senzor LiDAR.

Senzor natančno meri čas, ki je potreben, da vsak impulz potuje do cilja in nazaj.

Z uporabo svetlobne hitrosti in časa potovanja se izračuna razdalja do cilja.

V kombinaciji s podatki o položaju in orientaciji iz senzorjev GPS in IMU se določijo natančne 3D koordinate laserskih odbojev.

Posledica tega je gost 3D oblak točk, ki predstavlja skenirano površino ali predmet.

Fizični princip LiDAR

Sistemi LiDAR uporabljajo dve vrsti laserjev: pulzni in kontinuirani val. Impulzni sistemi LiDAR delujejo tako, da pošljejo kratek svetlobni impulz in nato izmerijo čas, ki je potreben, da ta impulz potuje do cilja in nazaj do sprejemnika. Ta meritev povratnega časa pomaga določiti razdaljo do cilja. Primer je prikazan v diagramu, kjer sta prikazani amplitudi oddanega svetlobnega signala (AT) in prejetega svetlobnega signala (AR). Osnovna enačba, uporabljena v tem sistemu, vključuje svetlobno hitrost (c) in razdaljo do cilja (R), kar sistemu omogoča, da izračuna razdaljo na podlagi tega, koliko časa traja, da se svetloba vrne.