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

Zračni LiDAR senzorjiLahko zajame določene točke laserskega impulza, znane kot meritve diskretnega odboja, ali pa posname celoten signal, ko se vrne, imenovan polna valovna oblika, v fiksnih intervalih, kot je 1 ns (kar pokriva približno 15 cm). LiDAR s polno valovno obliko se večinoma uporablja v gozdarstvu, medtem ko ima LiDAR z diskretnim odbojem širšo uporabo na različnih področjih. Ta članek obravnava predvsem LiDAR z diskretnim odbojem in njegovo uporabo. V tem poglavju bomo obravnavali več ključnih tem o LiDAR-ju, vključno z njegovimi osnovnimi komponentami, delovanjem, natančnostjo, sistemi in razpoložljivimi viri.

Osnovne komponente LiDAR-ja

Zemeljski sistemi LiDAR običajno uporabljajo laserje z valovnimi dolžinami med 500 in 600 nm, medtem ko sistemi LiDAR v zraku uporabljajo laserje z daljšimi valovnimi dolžinami, od 1000 do 1600 nm. Standardna postavitev LiDAR v zraku vključuje laserski skener, enoto za merjenje razdalje (enota za merjenje razdalje) ter 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, zemljepisna širina in nadmorska višina) in orientaciji (nagib, prevračanje in smer).

 Vzorci, po katerih laser skenira območje, se lahko razlikujejo, vključno s cikcakastimi, vzporednimi ali eliptičnimi potmi. Kombinacija podatkov DGPS in IMU, skupaj s podatki o kalibraciji in parametri montaže, 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 zaznavanjeDelaRazložite na preprost način

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

Laserski impulzi se odbijajo od cilja in se vrnejo do senzorja LiDAR.

Senzor natančno meri čas, ki ga vsak impulz potrebuje za pot 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.

To ima za posledico gost 3D oblak točk, ki predstavlja skenirano površino ali predmet.

Fizikalno načelo LiDAR-ja

Sistemi LiDAR uporabljajo dve vrsti laserjev: pulzne in neprekinjene. Pulzni sistemi LiDAR delujejo tako, da oddajo kratek svetlobni impulz in nato izmerijo čas, ki ga ta impulz potrebuje za pot do cilja in nazaj do sprejemnika. Ta meritev časa povratnega potovanja pomaga določiti razdaljo do cilja. Primer je prikazan na diagramu, kjer so prikazane amplitude tako oddanega svetlobnega signala (AT) kot sprejetega svetlobnega signala (AR). Osnovna enačba, uporabljena v tem sistemu, vključuje hitrost svetlobe (c) in razdaljo do cilja (R), kar sistemu omogoča izračun razdalje na podlagi tega, koliko časa traja, da se svetloba vrne.