Kõik, mida teate LIDAR-süsteemide ja rakenduste kohta

Kõik, mida teate LIDAR-süsteemide ja rakenduste kohta

LIDAR või 3D-laserskaneerimine töötati välja 1960. aastate alguses allveelaevade avastamiseks lennukist ja varajasi mudeleid kasutati edukalt 1970. aastate alguses. Tänapäeval on keskkonnauuringuid raske ette kujutada, kui ei kasutata kaugseire tehnikaid, nagu valguse tuvastamine ja kauguse määramine (LIDAR) ja Raadiolaine tuvastamine ja kaugus (RADAR) . Mõõtmiste kõrge ruumiline ja progressiivne eraldusvõime, võimalus jälgida atmosfääri ümbritsevates tingimustes ja potentsiaal katta kõrgust maast kuni 100 km kõrguseni moodustavad LIDAR-instrumentide atraktiivsuse.



Kiirguva kiirguse ja atmosfäärielementidega vastastikmõju protsesse saab LIDARis kasutada põhiliste keskkonnamuutujate, st temperatuuri, rõhu, niiskuse ja tuule, ning geograafilise ülevaate, jõe sängi kõrgus, kaevanduste uurimine, metsade ja küngaste tihedus, uuring mere all (Bathymetry).


Kuidas LIDAR töötab?

Valgusetuvastus- ja kaugussüsteemi tööpõhimõte on tegelikult üsna lihtne. Lennukile või helikopterile paigaldatud LIDAR-andur. See genereerib laserimpulssrongi, mis saadetakse aja mõõtmiseks pinnale / sihtmärgile ja mis kulub allika juurde naasmiseks. Tegelik arvutus, et mõõta, kui kaugele on tagasi pöörduv valgusfooton objektile ja sealt tagasi jõudnud, arvutatakse





Kaugus = (valguse kiirus x lennuaeg) / 2

Seejärel arvutatakse täpsed vahemaad maapinnal olevate punktideni ja saab määrata kõrgused koos maapinna hoonete, teede ja taimestikuga. Need kõrgused on ühendatud digitaalse aerofotograafiaga, et saada Maa digitaalne kõrguse mudel.



Valgustuvastus ja vahemiku valimine

Valgustuvastus- ja kaugussüsteem

Laserseade laseb pinnale kiireid laserkiirguse impulsse, mõned kuni 150 000 impulssi sekundis. Seadmel olev andur mõõdab aega, mis kulub iga impulsi tagasipeegeldumiseks. Valgus liigub püsiva ja teadaoleva kiirusega, nii et LIDAR-seade suudab suure täpsusega arvutada enda ja sihtmärgi vahelise kauguse. Kiire edasijõudmisega kordab instrument üles oma mõõdetava pinna keeruka kaardi.


Koos õhus valguse tuvastamine ja kauguse määramine , täpsuse tagamiseks tuleb koguda muid andmeid. Kuna andur liigub kõrgusel, tuleb laserimpulsi asukoha määramiseks saatmise ajal ja tagasipöördumise ajal lisada instrumendi asukoht ja suund. See lisateave on andmete terviklikkuse seisukohast ülioluline. Koos maapealne valguse tuvastamine ja kauguse määramine igasse seadme seadistamise kohta saab lisada ühe GPS-asukoha.

LIDARi süsteemitüübid

Põhineb platvormil

  • Maapealne LIDAR
  • Õhusõidukite LIDAR
  • Spaceborne LIDAR
Platvormil põhinevad LiDAR-süsteemid

Platvormil põhinevad LiDAR-süsteemid

Bade füüsilisele protsessile

  • Kaugusleidja LIDAR
  • DIAL LIDAR
  • LIDAR Doppler

Hajutas hajumisprotsessi

  • Minu
  • Rayleigh
  • Raman
  • Fluorestsents

LIDAR-süsteemide peamised komponendid

Enamik valguse tuvastamise ja kauguse määramise süsteeme kasutab nelja põhikomponenti

Valguse tuvastamise ja vahemikusüsteemide komponendid

Valguse tuvastamise ja vahemikusüsteemide komponendid

Laserid

Laserid on liigitatud nende lainepikkuse järgi. Õhus valguse tuvastamise ja kauguse määramise süsteemides kasutatakse 1064 nm dioodpumbaga Nd: YAG lasereid, samas kui batümeetrilistes süsteemides kasutatakse 532 nm topeltdioodiga pumpatavaid Nd: YAG lasereid, mis tungivad vette väiksema sumbumisega kui õhusüsteem (1064 nm). Parema eraldusvõime saab saavutada lühemate impulssidega tingimusel, et vastuvõtja detektoril ja elektroonikal on suurenenud andmevoo haldamiseks piisav ribalaius.

Skannerid ja optika

Piltide väljatöötamise kiirust mõjutab kiirus, millega neid saab süsteemi skannida. Erinevate eraldusvõimete jaoks on saadaval mitmesugused skaneerimismeetodid, näiteks asimuut ja kõrgendus, kaheteljeline skanner, kahesuguse võnkega tasapinnaga peeglid ja hulknurksed peeglid. Optika tüüp määrab vahemiku ja eraldusvõime, mida süsteem saab tuvastada.

Fotodetektor ja vastuvõtja elektroonika

Fotodetektor on seade, mis loeb ja salvestab süsteemile tagasihajutatud signaali. Fotodetektoritehnoloogiaid on kahte peamist tüüpi, tahkisdetektorid, näiteks ränilaviinifotodioodid ja fotokordistid.

Navigeerimis- ja positsioneerimissüsteemid / GPS

Kui valguse tuvastamise ja vahemiku andur on paigaldatud lennukisatelliidile või autodele, on kasutatavate andmete säilitamiseks vaja kindlaks määrata anduri absoluutne asukoht ja suund. Globaalsed positsioneerimissüsteemid (GPS) andma anduri asukoha kohta täpset geograafilist teavet ja inertsiaalne mõõtühik (IMU) registreerib anduri täpse suuna selles kohas. Need kaks seadet pakuvad meetodit anduriandmete teisendamiseks staatilisteks punktideks kasutamiseks erinevates süsteemides.

Navigeerimis- ja positsioneerimissüsteemid / GPS

Navigeerimis- ja positsioneerimissüsteemid / GPS

LIDARi andmetöötlus

Valgustuvastus- ja kaugusmehhanism koguvad lihtsalt kõrgusandmeid ning koos inertsimõõteseadme andmetega pannakse lennuk ja GPS-seade. Nende süsteemide abil kogub andur valgusetuvastuse ja -vahemiku abil andmekohti, salvestatakse andmete asukoht koos GPS-anduriga. Andmed on vajalikud iga andurile tagasi hajutatud impulsi tagasipöördumise aja töötlemiseks ja andurist erineva kauguse või maakatte pindade muutuste arvutamiseks. Pärast uuringut laaditakse andmed alla ja töödeldakse spetsiaalselt selleks loodud arvutitarkvara (LIDAR point Cloud Data Processing Software) abil. Lõplik väljund on täpne, geograafiliselt registreeritud pikkus (X), laiuskraad (Y) ja kõrgus (Z) iga andmepunkti kohta. LIDARi kaardistamise andmed koosnevad pinna kõrguse mõõtmistest ja saavutatakse õhust topograafiliste uuringute abil. LIDAR-andmete hõivamiseks ja salvestamiseks kasutatav failivorming on lihtne tekstifail. Kõrguspunktide abil võib andmeid kasutada üksikasjalike topograafiliste kaartide loomiseks. Nende andmepunktidega võimaldavad ka nemad genereerida maapinna digitaalset kõrgusmudelit.

LIDAR-süsteemide rakendused

Okeanograafia

LIDAR-i kasutatakse fütoplanktoni fluorestsentsi ja biomassi arvutamiseks ookeani pinnal. Seda kasutatakse ka ookeani sügavuse mõõtmiseks (batümeetria).

LiDAR okeanograafias

LiDAR okeanograafias

DEM (digitaalse kõrguse mudel)

Sellel on x, y, z koordinaadid. Kõrguse väärtusi saab kasutada kõikjal, teedel, ehitistes, sildades ja mujal. See on hõlbustanud pinna kõrguse, pikkuse ja laiuse jäädvustamist.

Atmosfääri füüsika

LIDARi kasutatakse pilvede tiheduse ning hapniku, Co2, lämmastiku, väävli ja muude gaasiosakeste kontsentratsiooni mõõtmiseks kesk- ja ülakeskkonnas.

Sõjaline

Sõjaväelased on maad ümbritseva piiri mõistmiseks alati kasutanud LIDAR-i. See loob sõjaliseks otstarbeks suure eraldusvõimega kaardi.

Meteoroloogia

LIDARi on kasutatud pilve ja selle käitumise uurimiseks. LIDAR kasutab oma lainepikkust väikeste osakeste pilves löömiseks, et mõista pilve tihedust.

Jõe uuring

Greenlight (532 nm) LIDARi lasarit kasutatakse veealuse teabe mõõtmiseks, mis on vajalik jõe sügavuse, laiuse, voolutugevuse ja muu mõistmiseks. Jõetehnika jaoks võetakse selle ristlõikeandmed valguse tuvastamise ja vahemiku andmetest (DEM) jõemudeli loomiseks, mis loob üleujutuse äärekaardi.

Jõe uuring LIDARi abil

Jõe uuring LIDARi abil

Mikrotopograafia

Valguse tuvastamine ja kauguse määramine on väga täpne ja selge tehnoloogia, mis kasutab objekti löömiseks laserimpulsi. Regulaarne fotogrammeetria või muu uuringute tehnoloogia ei anna metsa võrade pinna kõrguse väärtust. Kuid LIDAR võib tungida läbi objekti ja tuvastada pinna väärtuse.

Kas olete saanud LIDARi ja selle rakenduste põhiteabe? Tunnistame, et ülaltoodud teave selgitab valguse tuvastamise ja vahemiku mehhanismi kontseptsiooni põhitõdesid seotud piltide ja erinevate reaalajas rakendustega. Lisaks sellele, kui teil on kahtlusi selle kontseptsiooni või elektrooniliste projektide rakendamise osas, esitage oma ettepanekud ja kommentaarid selle artikli kohta, mille võite kirjutada allpool olevasse kommentaaride jaotisesse. Siin on teile küsimus, Millised on erinevad valguse tuvastamise ja vahemiku tüübid?