Diaľkový prieskum Zeme LiDAR: Princíp, aplikácia, bezplatné zdroje a softvér

Vzdušné senzory LiDARDokáže buď zachytiť špecifické body z laserového impulzu, známe ako merania diskrétneho odrazu, alebo zaznamenať kompletný signál pri jeho návrate, nazývaný meranie s plným odrazom, v pevných intervaloch, ako je 1 ns (čo pokrýva približne 15 cm). LiDAR s plným odrazom sa používa najmä v lesníctve, zatiaľ čo LiDAR s diskrétnym odrazom má širšie uplatnenie v rôznych oblastiach. Tento článok sa zaoberá predovšetkým LiDARom s diskrétnym odrazom a jeho použitím. V tejto kapitole sa budeme venovať niekoľkým kľúčovým témam o LiDARe vrátane jeho základných komponentov, fungovania, presnosti, systémov a dostupných zdrojov.

Základné komponenty LiDARu

Pozemné systémy LiDAR zvyčajne používajú lasery s vlnovými dĺžkami medzi 500 – 600 nm, zatiaľ čo palubné systémy LiDAR používajú lasery s dlhšími vlnovými dĺžkami, v rozsahu od 1 000 do 1 600 nm. Štandardné palubné nastavenie LiDAR zahŕňa laserový skener, jednotku na meranie vzdialenosti (jednotku merania vzdialenosti) a systémy na riadenie, monitorovanie a zaznamenávanie. Zahŕňa tiež diferenciálny globálny pozičný systém (DGPS) a inerciálnu meraciu jednotku (IMU), ktoré sú často integrované do jedného systému známeho ako systém polohy a orientácie. Tento systém poskytuje presné údaje o polohe (zemepisná dĺžka, zemepisná šírka a nadmorská výška) a orientácii (naklonenie, stúpanie a smer).

 Vzory, ktorými laser skenuje oblasť, sa môžu líšiť, vrátane kľukatých, rovnobežných alebo eliptických dráh. Kombinácia údajov DGPS a IMU spolu s kalibračnými údajmi a montážnymi parametrami umožňuje systému presne spracovať zhromaždené laserové body. Týmto bodom sa potom priradia súradnice (x, y, z) v geografickom súradnicovom systéme s použitím údajového systému Svetového geodetického systému z roku 1984 (WGS84).

Ako LiDARDiaľkový prieskum ZemeDielaVysvetlite jednoduchým spôsobom

Systém LiDAR vysiela rýchle laserové impulzy smerom k cieľovému objektu alebo povrchu.

Laserové impulzy sa odrážajú od cieľa a vracajú sa do LiDAR senzora.

Senzor presne meria čas, ktorý každý impulz potrebuje na dosiahnutie cieľa a späť.

Pomocou rýchlosti svetla a času letu sa vypočíta vzdialenosť k cieľu.

V kombinácii s údajmi o polohe a orientácii zo senzorov GPS a IMU sa určia presné 3D súradnice laserových odrazov.

Výsledkom je hustý 3D bodový oblak reprezentujúci skenovaný povrch alebo objekt.

Fyzikálny princíp LiDARu

Systémy LiDAR používajú dva typy laserov: pulzné a kontinuálne. Pulzné systémy LiDAR fungujú tak, že vysielajú krátky svetelný impulz a potom merajú čas, ktorý tento impulz potrebuje na cestu k cieľu a späť k prijímaču. Toto meranie času cesty pomáha určiť vzdialenosť k cieľu. Príklad je znázornený na diagrame, kde sú zobrazené amplitúdy prenášaného svetelného signálu (AT) aj prijatého svetelného signálu (AR). Základná rovnica použitá v tomto systéme zahŕňa rýchlosť svetla (c) a vzdialenosť k cieľu (R), čo umožňuje systému vypočítať vzdialenosť na základe toho, ako dlho trvá, kým sa svetlo vráti späť.