Skanowanie laserowe LIDAR lub 3D zostało opracowane na początku lat sześćdziesiątych XX wieku do wykrywania okrętów podwodnych z samolotu, a wczesne modele były z powodzeniem stosowane we wczesnych latach siedemdziesiątych. W dzisiejszych czasach trudno sobie wyobrazić badania środowiskowe bez użycia technik teledetekcji, takich jak wykrywanie światła i odległość (LIDAR) i Wykrywanie i określanie odległości fal radiowych (RADAR) . Wysoka rozdzielczość przestrzenna i progresywna pomiarów, możliwość obserwacji atmosfery w warunkach otoczenia oraz możliwość pokrycia zakresu wysokości od ziemi do ponad 100 km wysokości składają się na atrakcyjność instrumentów LIDAR.
Różnorodność procesów interakcji emitowanego promieniowania z elementami atmosfery może być wykorzystana w LIDAR-ie do określenia podstawowych zmiennych środowiskowych stanu, tj. Temperatury, ciśnienia, wilgotności i wiatru, a także badania geograficznego rzeki wzniesienie koryta, badanie min, zagęszczenie lasów i wzgórz, badanie dna morskiego (batymetria).
Jak działa LIDAR?
Zasada działania systemu wykrywania i określania odległości jest naprawdę prosta. Czujnik LIDAR zamontowany na samolocie lub helikopterze. Generuje ciąg impulsów lasera, który jest wysyłany na powierzchnię / cel w celu zmierzenia czasu i powrotu do źródła. Rzeczywiste obliczenia do pomiaru, jak daleko powracający foton światła podróżował do i od obiektu, są obliczane przez
Odległość = (prędkość światła x czas lotu) / 2
Następnie obliczane są dokładne odległości do punktów na ziemi i można określić wzniesienia wraz z budynkami, drogami i roślinnością na powierzchni ziemi. Te wzniesienia są połączone z cyfrową fotografią lotniczą, aby stworzyć cyfrowy model wysokościowy Ziemi.
System wykrywania i pomiaru światła
Instrument laserowy wysyła na powierzchnię szybkie impulsy światła laserowego, niektóre nawet do 150 000 impulsów na sekundę. Czujnik na przyrządzie mierzy ilość czasu potrzebną do odbicia każdego impulsu. Światło porusza się ze stałą i znaną prędkością, dzięki czemu instrument LIDAR może obliczyć odległość między nim a celem z dużą dokładnością. Powtarzając to w szybkim tempie, przyrząd tworzy złożoną „mapę” mierzonej powierzchni.
Z Wykrywanie i określanie odległości w powietrzu , aby zapewnić dokładność, należy zebrać inne dane. Ponieważ czujnik przesuwa się na wysokość, należy uwzględnić lokalizację i orientację instrumentu, aby określić położenie impulsu laserowego w momencie wysyłania i czasu powrotu. Te dodatkowe informacje mają kluczowe znaczenie dla integralności danych. Z naziemne wykrywanie światła i zasięg pojedynczą lokalizację GPS można dodać w każdej lokalizacji, w której ustawiany jest instrument.
Typy systemów LIDAR
Na podstawie platformy
- LIDAR naziemny
- Airborne LIDAR
- Spaceborne LIDAR
Systemy LiDAR oparte na platformie
Postawił na fizyczny proces
- Dalmierz LIDAR
- DIAL LIDAR
- LIDAR Doppler
Postawił na proces rozpraszania
- Mój
- Rayleigh
- Ramana
- Fluorescencja
Główne komponenty systemów LIDAR
Większość systemów wykrywania i pomiaru odległości wykorzystuje cztery główne komponenty
Komponenty systemów wykrywania i określania odległości
Lasery
Lasery są podzielone na kategorie według długości fali. Systemy wykrywania i pomiaru odległości w powietrzu wykorzystują lasery Nd: YAG pompowane diodą 1064nm, podczas gdy systemy Batymetric wykorzystują lasery Nd: YAG z podwójną pompą 532nm, które wnikają do wody z mniejszym tłumieniem niż system powietrzny (1064nm). Lepszą rozdzielczość można osiągnąć przy krótszych impulsach, pod warunkiem, że detektor odbiornika i elektronika mają wystarczającą szerokość pasma, aby zarządzać zwiększonym przepływem danych.
Skanery i optyka
Na szybkość, z jaką można wywoływać obrazy, ma wpływ szybkość, z jaką można je skanować do systemu. Dostępnych jest wiele metod skanowania dla różnych rozdzielczości, takich jak azymut i elewacja, skaner dwuosiowy, podwójne lustra oscylacyjne i zwierciadła wielokątne. Typ optyki określa zakres i rozdzielczość, które mogą być wykrywane przez system.
Elektronika fotodetektora i odbiornika
Fotodetektor to urządzenie, które odczytuje i rejestruje wstecznie rozproszony sygnał do systemu. Istnieją dwa główne typy technologii fotodetektorów, detektory półprzewodnikowe, takie jak krzemowe fotodiody lawinowe i fotopowielacze.
Systemy nawigacji i pozycjonowania / GPS
Gdy czujnik wykrywania światła i odległości jest zamontowany na satelicie samolotu lub w samochodzie, konieczne jest określenie bezwzględnej pozycji i orientacji czujnika, aby zachować użyteczne dane. Globalne systemy pozycjonowania (GPS) zapewniają dokładne informacje geograficzne dotyczące położenia czujnika, a jednostka pomiaru inercyjnego (IMU) rejestruje dokładną orientację czujnika w tym miejscu. Te dwa urządzenia zapewniają metodę tłumaczenia danych z czujników na statyczne punkty do wykorzystania w różnych systemach.
Systemy nawigacji i pozycjonowania / GPS
Przetwarzanie danych LIDAR
Mechanizm wykrywania światła i odległości po prostu zbiera dane o wysokości i wraz z danymi z inercyjnej jednostki pomiarowej jest umieszczany wraz z dronem i urządzeniem GPS. Za pomocą tych systemów czujnik Light Detection And Ranging zbiera punkty danych, a lokalizacja danych jest rejestrowana wraz z czujnikiem GPS. Dane są potrzebne do przetworzenia czasu powrotu dla każdego impulsu rozproszonego z powrotem do czujnika i obliczenia zmiennych odległości od czujnika lub zmian powierzchni pokrycia terenu. Po przeprowadzeniu badania dane są pobierane i przetwarzane za pomocą specjalnie zaprojektowanego oprogramowania komputerowego (LIDAR point Cloud Data Processing Software). Końcowe dane wyjściowe są dokładne, zarejestrowana geograficznie długość (X), szerokość geograficzna (Y) i wysokość (Z) dla każdego punktu danych. Dane mapowania LIDAR składają się z pomiarów wysokości powierzchni i są uzyskiwane za pomocą lotniczych badań topograficznych. Format pliku używany do przechwytywania i przechowywania danych LIDAR to prosty plik tekstowy. Dzięki wykorzystaniu danych punktów wysokościowych można tworzyć szczegółowe mapy topograficzne. Dzięki tym punktom danych nawet one pozwalają na wygenerowanie cyfrowego modelu wysokości powierzchni ziemi.
Zastosowania systemów LIDAR
Oceanografia
LIDAR służy do obliczania fluorescencji fitoplanktonu i biomasy na powierzchni oceanu. Służy również do pomiaru głębokości oceanu (batymetria).
LiDAR w oceanografii
DEM (cyfrowy model wysokościowy)
Ma współrzędne x, y, z. Wartości rzędnych można stosować wszędzie, na drogach, budynkach, mostach i innych. Ułatwiło uchwycenie wysokości, długości i szerokości powierzchni.
Fizyka atmosfery
LIDAR służy do pomiaru gęstości chmur i stężenia tlenu, CO2, azotu, siarki i innych cząstek gazów w środkowej i górnej atmosferze.
Wojskowy
LIDAR był zawsze używany przez wojsko do zrozumienia granicy otaczającej ziemię. Tworzy mapę o wysokiej rozdzielczości do celów wojskowych.
Meteorologia
Do badania chmury i jej zachowania wykorzystano LIDAR. LIDAR wykorzystuje swoją długość fali do uderzania w małe cząsteczki w chmurze, aby zrozumieć gęstość chmur.
Badanie rzeki
Greenlight (532 nm) Lasar LIDAR jest używany do pomiaru informacji podwodnych niezbędnych do zrozumienia głębokości, szerokości rzeki, siły przepływu i innych. W przypadku inżynierii rzecznej dane przekrojowe są pobierane z danych wykrywania światła i odległości (DEM) w celu utworzenia modelu rzeki, który utworzy mapę obrzeży powodzi.
Pomiary rzeczne z wykorzystaniem LIDAR
Mikrotopografia
Wykrywanie światła i jego zasięg to bardzo dokładna i wyraźna technologia, która wykorzystuje impuls laserowy do uderzenia w obiekt. Zwykła fotogrametria lub inna technologia pomiarowa nie może określić wartości elewacji korony lasu. Ale LIDAR może przeniknąć przez obiekt i wykryć wartość powierzchni.
Czy masz podstawowe informacje o LIDAR i jego aplikacjach? Uznajemy, że powyższe informacje wyjaśniają podstawy koncepcji mechanizmu wykrywania światła i odległości z powiązanymi obrazami i różnymi zastosowaniami w czasie rzeczywistym. Ponadto, wszelkie wątpliwości dotyczące tej koncepcji lub realizacji jakichkolwiek projektów elektronicznych, prosimy o przekazanie sugestii i komentarzy do tego artykułu, które możesz napisać w sekcji komentarzy poniżej. Oto pytanie do Ciebie, Jakie są różne rodzaje wykrywania światła i odległości?
