Lidar daljinsko zaznavanje: načelo, aplikacija, brezplačni viri in programska oprema

Airborenne Lidar SenzorsAli lahko zajamejo določene točke iz laserskega impulza, znanega kot diskretne meritve vračanja, ali zabeleži celoten signal, ko se vrača, imenovan polno valovanje, v fiksnih intervalih, kot je 1 ns (ki pokriva približno 15 cm). Full-Waveform Lidar se večinoma uporablja v gozdarstvu, medtem ko ima diskretni donos Lidar širše aplikacije na različnih področjih. Ta članek obravnava predvsem diskretno vrnitev Lidar in njegovo uporabo. V tem poglavju bomo opisali več ključnih tem o Lidarju, vključno z njegovimi osnovnimi komponentami, kako deluje, njegovo natančnost, sistemi in razpoložljivimi viri.

Osnovne komponente Lidarja

Zemeljski sistemi LiDAR običajno uporabljajo laserje z valovnimi dolžinami med 500–600 nm, medtem ko sistemi LiDAR v zraku uporabljajo laserje z daljšimi valovnimi dolžinami, ki segajo od 1000–1600 nm. Standardna nastavitev LIDAR v zraku vključuje laserski optični bralnik, enoto za merjenje razdalje (razpona enote) in sisteme za nadzor, spremljanje in snemanje. Vključuje tudi diferenčni globalni sistem za določanje pozicioniranja (DGP) in inercialno merilno enoto (IMU), ki je pogosto vključena v en sam sistem, znan kot položaj in orientacijski sistem. Ta sistem zagotavlja natančno lokacijo (dolžine, zemljepisne širine in nadmorske višine) in orientacije (zvitek, nagib in naslov).

 Vzorci, v katerih laser pregleda območje, se lahko razlikujejo, vključno z cikcak, vzporednimi ali eliptičnimi potmi. Kombinacija podatkov DGP in IMU, skupaj s kalibracijskimi podatki in parametri pritrditve, omogoča sistemu natančno obdelavo zbranih laserskih točk. Te točke se nato dodelijo koordinatam (x, y, z) v geografskem koordinatnem sistemu z uporabo svetovnega geodetskega sistema iz leta 1984 (WGS84).

Kako lidarDaljinsko zaznavanjeDeluje? Pojasnite na preprost način

Lidar sistem oddaja hitre laserske impulze proti ciljnemu predmetu ali površini.

Laserski impulzi se odbijajo od cilja in se vrnejo v senzor Lidar.

Senzor natančno meri čas, ki je potreben za vsak impulz, da potuje na tarčo in nazaj.

S hitrostjo svetlobe in časa potovanja se izračuna razdalja do cilja.

V kombinaciji s podatki o položaju in orientaciji iz senzorjev GPS in IMU so določene natančne 3D koordinate laserskih odsevov.

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

Fizično načelo Lidarja

Lidar sistemi uporabljajo dve vrsti laserjev: impulzni in neprekinjen val. Impulzni sistemi LiDAR delujejo tako, da pošljejo kratek lahki impulz in nato izmerite čas, ki je potreben, da ta impulz potuje na cilj in nazaj na sprejemnik. Ta meritev časa okroglih potovanj pomaga določiti razdaljo do cilja. Primer je prikazan v diagramu, kjer so prikazane amplitude tako prenašanega svetlobnega signala (AT) in prejetega svetlobnega signala (AR). Osnovna enačba, uporabljena v tem sistemu, vključuje hitrost svetlobe (c) in razdaljo do cilja (R), kar omogoča sistemu, da izračuna razdaljo glede na to, koliko časa traja, da se luč vrne.