LiDAR-fjernmåling: Prinsipp, anvendelse, gratis ressurser og programvare

Luftbårne LiDAR-sensorerkan enten fange opp spesifikke punkter fra en laserpuls, kjent som diskrete returmålinger, eller registrere hele signalet når det returnerer, kalt fullbølgeform, med faste intervaller som 1 ns (som dekker omtrent 15 cm). Fullbølgeform-LiDAR brukes mest i skogbruk, mens diskret retur-LiDAR har bredere bruksområder på tvers av ulike felt. Denne artikkelen diskuterer primært diskret retur-LiDAR og bruken av dens. I dette kapittelet skal vi dekke flere viktige emner om LiDAR, inkludert grunnleggende komponenter, hvordan den fungerer, nøyaktighet, systemer og tilgjengelige ressurser.

Grunnleggende komponenter i LiDAR

Bakkebaserte LiDAR-systemer bruker vanligvis lasere med bølgelengder mellom 500–600 nm, mens luftbårne LiDAR-systemer bruker lasere med lengre bølgelengder, fra 1000–1600 nm. Et standard luftbårent LiDAR-oppsett inkluderer en laserskanner, en enhet for å måle avstand (avstandsenhet) og systemer for kontroll, overvåking og registrering. Det inkluderer også et differensialbasert globalt posisjoneringssystem (DGPS) og en treghetsmålingsenhet (IMU), ofte integrert i et enkelt system kjent som et posisjons- og orienteringssystem. Dette systemet gir presise posisjonsdata (lengdegrad, breddegrad og høyde) og orienteringsdata (rulling, helling og retning).

 Mønstrene som laseren skanner området med kan variere, inkludert sikksakk-, parallelle eller elliptiske baner. Kombinasjonen av DGPS- og IMU-data, sammen med kalibreringsdata og monteringsparametere, lar systemet behandle de innsamlede laserpunktene nøyaktig. Disse punktene tildeles deretter koordinater (x, y, z) i et geografisk koordinatsystem ved hjelp av World Geodetic System of 1984 (WGS84)-datumet.

Hvordan LiDARFjernmålingVerkForklar på en enkel måte

Et LiDAR-system sender ut raske laserpulser mot et målobjekt eller en overflate.

Laserpulsene reflekteres fra målet og returnerer til LiDAR-sensoren.

Sensoren måler nøyaktig tiden det tar for hver puls å reise til målet og tilbake.

Ved hjelp av lysets hastighet og reisetid beregnes avstanden til målet.

Kombinert med posisjons- og orienteringsdata fra GPS- og IMU-sensorer bestemmes de nøyaktige 3D-koordinatene til laserrefleksjonene.

Dette resulterer i en tett 3D-punktsky som representerer den skannede overflaten eller objektet.

Fysisk prinsipp for LiDAR

LiDAR-systemer bruker to typer lasere: pulserende og kontinuerlig bølge. Pulserende LiDAR-systemer fungerer ved å sende ut en kort lyspuls og deretter måle tiden det tar for denne pulsen å reise til målet og tilbake til mottakeren. Denne målingen av tur-retur-tid bidrar til å bestemme avstanden til målet. Et eksempel vises i et diagram der amplitudene til både det sendte lyssignalet (AT) og det mottatte lyssignalet (AR) vises. Den grunnleggende ligningen som brukes i dette systemet involverer lysets hastighet (c) og avstanden til målet (R), slik at systemet kan beregne avstanden basert på hvor lang tid det tar før lyset kommer tilbake.