A LIDAR vagy 3D lézerszkennelést az 1960-as évek elején fejlesztették ki a tengeralattjárók felderítésére egy repülőgépből, és a korai modelleket sikeresen alkalmazták az 1970-es évek elején. Manapság a környezeti kutatást nehéz elképzelni olyan távérzékelési technikák használata nélkül, mint a fényérzékelés és távolságmérés (LIDAR) és Rádióhullám-érzékelés és -tartomány (RADAR) . A mérések nagy térbeli és progresszív felbontása, a légkör környezeti körülmények közötti megfigyelésének lehetősége, valamint a talajtól a 100 km-nél nagyobb magasságig terjedő tartomány lefedésének lehetősége alkotják a LIDAR műszerek vonzerejét.
A kibocsátott sugárzásnak a légköri elemekkel való kölcsönhatásának sokfélesége felhasználható a LIDAR-ban az alapvető környezeti állapotváltozók, azaz a hőmérséklet, a nyomás, a páratartalom és a szél, valamint a földrajzi felmérés, a folyó meghatározása érdekében medermagasság, a bányák vizsgálata, az erdők és dombok sűrűsége, tanulmány a tenger alatt (Bathymetry).
Hogyan működik a LIDAR?
A fényérzékelő és távolságmérő rendszer működési elve valóban nagyon egyszerű. LIDAR-érzékelő repülőgépre vagy helikopterre szerelve. Lézer impulzus vonatot generál, amelyet a felszínre / célpontra küldenek az idő mérésére, és a forráshoz való visszatéréshez szükséges. A tényleges számítást annak mérésére, hogy egy visszatérő fényfoton mennyi utat járt be egy objektumba és onnan, kiszámítja:
Távolság = (fénysebesség x repülési idő) / 2
Ezután kiszámítják a pontos távolságokat a földön levő pontokig, és meghatározhatók a magasságok, valamint a talaj felszíni épületek, utak és a növényzet. Ezeket a magasságokat digitális légi fényképezéssel kombinálva elkészítjük a föld digitális magassági modelljét.
Fényérzékelő és távolságmérő rendszer
A lézer műszer gyors lézerfény-impulzusokat sugároz egy felületre, némelyik másodpercenként akár 150 000 impulzusra is képes. A műszer érzékelője méri az egyes impulzusok visszaverődési idejét. A fény állandó és ismert sebességgel mozog, így a LIDAR műszer nagy pontossággal tudja kiszámítani a saját és a cél közötti távolságot. Ennek gyors előrehaladásával történő megismétlésével a műszer felépíti a mért felület komplex „térképét”.
Val vel a levegőben levő fényérzékelés és távolságmérés , egyéb adatokat kell gyűjteni a pontosság érdekében. Mivel az érzékelő mozog magasságban, a műszer helyét és tájolását is fel kell tüntetni, hogy meghatározzuk a lézerimpulzus helyzetét a küldés és a visszatérés idején. Ez az extra információ létfontosságú az adatok integritása szempontjából. Val vel földi fényérzékelés és távolságmérés egyetlen GPS hely adható hozzá minden olyan helyre, ahol a műszert felállítják.
LIDAR rendszertípusok
A Platform alapján
- Földi LIDAR
- Légi LIDAR
- Spaceborne LIDAR
Platformon alapuló LiDAR rendszerek
Bade a fizikai folyamatról
- Távmérő LIDAR
- DIAL LIDAR
- LIDAR Doppler
Bade a szórási folyamatról
- Az én
- Rayleigh
- Raman
- Fluoreszcencia
A LIDAR rendszerek fő elemei
A legtöbb fényérzékelő és távolságmérő rendszer négy fő összetevőt használ
Fényérzékelő és távolságtartó rendszerek alkatrészei
Lézerek
A lézerek hullámhosszuk szerint vannak besorolva. A levegőben lévő fényérzékelő és távolságmérő rendszerek 1064 nm-es diódaszivattyús Nd: YAG lézereket használnak, míg a Bathymetric rendszerek 532 nm-es kettős diódával szivattyúzott Nd: YAG lézereket használnak, amelyek kisebb csillapítással hatolnak a vízbe, mint a légi rendszer (1064 nm). A jobb felbontás rövidebb impulzusokkal érhető el, feltéve, hogy a vevődetektor és az elektronika elegendő sávszélességgel rendelkezik a megnövekedett adatáramlás kezeléséhez.
Szkennerek és optika
A képek fejlesztésének sebességét befolyásolja az a sebesség, amellyel a rendszerbe be lehet szkennelni. Számos szkennelési módszer áll rendelkezésre különböző felbontásokhoz, mint például azimut és magasság, kéttengelyű szkenner, kettős oszcilláló síkú tükrök és sokszögű tükrök. Az optika típusa határozza meg a tartomány által észlelhető tartományt és felbontást.
Fotodetektor és vevő elektronika
A fotodetektor olyan eszköz, amely beolvassa és rögzíti a visszaszórt jelet a rendszer számára. A fotodetektoros technológiáknak két fő típusa létezik, a szilárdtest detektorok, például a szilícium lavina fotodiódák és a fényszorzók.
Navigációs és helymeghatározó rendszerek / GPS
Ha egy fényérzékelő és távolságmérő érzékelőt egy repülőgép műholdjára vagy gépjárműveire szerelnek, a használható adatok fenntartása érdekében meg kell határozni az érzékelő abszolút helyzetét és irányát. Globális helymeghatározó rendszerek (GPS) pontos földrajzi információkat szolgáltat az érzékelő helyzetéről, és egy inerciális mérőegység (IMU) rögzíti az érzékelő pontos helyzetét az adott helyen. Ez a két eszköz biztosítja a módszert az érzékelő adatok statikus pontokká történő átalakítására, különféle rendszerekben történő felhasználásra.
Navigációs és helymeghatározó rendszerek / GPS
LIDAR adatfeldolgozás
A fényérzékelő és távolságmérő mechanizmus csak a magasság adatait gyűjti össze, és az inerciális mérőegység adataival együtt a repülőgéphez és egy GPS egységhez kerül. Ezeknek a rendszereknek a segítségével a fényérzékelő és távolságmérő érzékelő adatpontokat gyűjt, az adatok helyét a GPS-érzékelővel együtt rögzítik. Adatokra van szükség az egyes, az érzékelőhöz visszaszórt impulzusok visszatérési idejének feldolgozásához és az érzékelőtől változó távolságok kiszámításához, vagy a talajtakaró felületének változásához. A felmérés után az adatokat különlegesen tervezett számítógépes szoftver (LIDAR point Cloud Data Processing Software) segítségével töltik le és dolgozzák fel. A végső kimenet pontos, földrajzilag regisztrált hosszúság (X), szélesség (Y) és magasság (Z) minden adatpontra. A LIDAR térképészeti adatok a felszín magasságméréséből állnak, és azokat légi topográfiai felmérésekkel érik el. A LIDAR adatok rögzítésére és tárolására használt fájlformátum egyszerű szöveges fájl. Magassági pontok felhasználásával az adatok felhasználhatók részletes topográfiai térképek készítéséhez. Ezekkel az adatpontokkal még ezek is lehetővé teszik a földfelszín digitális magassági modelljének elkészítését.
A LIDAR rendszerek alkalmazásai
Óceántan
A LIDAR-t az óceán felszínén található fitoplankton fluoreszcencia és biomassza kiszámítására használják. Az óceán mélységének mérésére (batimetria) is használják.
LiDAR az okeanográfiában
DEM (digitális magassági modell)
X, y, z koordinátái vannak. A magasságértékek mindenhol használhatók, utakon, épületekben, hídokban és más helyeken. Ez megkönnyítette a felület magasságának, hosszának és szélességének rögzítését.
Légköri fizika
A LIDAR-ot a felhők sűrűségének, valamint az oxigén, a Co2, a nitrogén, a kén és más gázrészecskék koncentrációjának mérésére használják a középső és a felső légkörben.
Katonai
A LIDAR-ot mindig a katonai emberek használták a földet körülvevő határ megértéséhez. Nagy felbontású térképet hoz létre katonai célokra.
Meteorológia
A LIDAR-t a felhő és viselkedésének tanulmányozására használták. A LIDAR hullámhosszát arra használja, hogy kis részecskéket üssön a felhőben, hogy megértse a felhő sűrűségét.
Folyami felmérés
Greenlight (532 nm) A LIDAR lasarját arra használják, hogy megmérjék a víz alatti információkat, amelyek a folyó mélységének, szélességének, áramlási erősségének és egyebek megértéséhez szükségesek. A folyamépítéshez annak keresztmetszeti adatait a fényérzékelési és távolságmérési adatokból (DEM) vonják ki, hogy létrehozzanak egy folyómodellt, amely árvíz peremtérképet hoz létre.
Folyami felmérés a LIDAR használatával
Mikro-topográfia
A fényérzékelés és távolságmérés nagyon pontos és áttekinthető technológia, amely lézeres impulzust használ az objektum megütésére. A rendszeres fotogrammetria vagy más felmérési technológia nem adhatja meg az erdei lombkorona felületi magasságértékét. De a LIDAR behatolhat az objektumba és észlelheti a felületi értéket.
Megvan a LIDAR és alkalmazásainak alapvető információi? Tudomásul vesszük, hogy a fenti információk tisztázzák a fényérzékelés és a távolságmérés mechanizmusának alapjait kapcsolódó képekkel és különféle valós idejű alkalmazásokkal. Továbbá, ha bármilyen kétség merülne fel a koncepcióval vagy az elektronikus projektek megvalósításával kapcsolatban, kérjük, tegye meg javaslatait és észrevételeit erről a cikkről, amelyet az alábbi megjegyzés szakaszban írhat meg. Itt van egy kérdés az Ön számára, Melyek a különböző fényérzékelési és távolságmérési típusok?
