LiDAR Remote Sensing: Prinsipp, applikasjon, gratis ressurser og programvare

Luftbårne LiDAR-sensorerkan enten fange spesifikke punkter fra en laserpuls, kjent som diskrete returmålinger, eller registrere hele signalet når det kommer tilbake, kalt fullbølgeform, med faste intervaller som 1 ns (som dekker ca. 15 cm). Fullbølgeform LiDAR brukes mest i skogbruk, mens diskret retur LiDAR har bredere applikasjoner på tvers av ulike felt. Denne artikkelen diskuterer først og fremst diskret retur LiDAR og dens bruk. I dette kapittelet vil vi dekke flere nøkkelemner om LiDAR, inkludert dets grunnleggende komponenter, hvordan det fungerer, dets 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 luftbåren LiDAR-oppsett inkluderer en laserskanner, en enhet for avstandsmåling (avstandsenhet), og systemer for kontroll, overvåking og opptak. Det inkluderer også et Differential Global Positioning System (DGPS) og en Inertial Measurement Unit (IMU), ofte integrert i et enkelt system kjent som et posisjons- og orienteringssystem. Dette systemet gir nøyaktige posisjonsdata (lengdegrad, breddegrad og høyde) og orientering (rulling, pitch og kurs).

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

Hvordan LiDARFjernmålingFungerer? Forklar på en enkel måte

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

Laserpulsene reflekteres fra målet og går tilbake til LiDAR-sensoren.

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

Ved hjelp av lysets hastighet og reisetiden 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. Pulserte 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 hjelper med å bestemme avstanden til målet. Et eksempel er vist i et diagram hvor amplitudene til både det utsendte 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.