LiDAR fjernmåling: Princip, anvendelse, gratis ressourcer og software

Luftbårne LiDAR-sensorerkan enten indfange specifikke punkter fra en laserpuls, kendt som diskrete returmålinger, eller optage det komplette signal, når det returnerer, kaldet fuldbølgeform, med faste intervaller som 1 ns (hvilket dækker ca. 15 cm). Fuldbølgeform-LiDAR bruges mest i skovbrug, mens diskret retur-LiDAR har bredere anvendelser på tværs af forskellige felter. Denne artikel diskuterer primært diskret retur-LiDAR og dens anvendelser. I dette kapitel dækker vi flere nøgleemner om LiDAR, herunder dens grundlæggende komponenter, hvordan det fungerer, dets nøjagtighed, systemer og tilgængelige ressourcer.

Grundlæggende komponenter i LiDAR

Jordbaserede LiDAR-systemer bruger typisk lasere med bølgelængder mellem 500-600 nm, mens luftbårne LiDAR-systemer bruger lasere med længere bølgelængder, der spænder fra 1000-1600 nm. En standard luftbåren LiDAR-opsætning inkluderer en laserscanner, en enhed til måling af afstand (afstandsmåling) og systemer til kontrol, overvågning og registrering. Den inkluderer også et Differential Global Positioning System (DGPS) og en Inertial Measurement Unit (IMU), ofte integreret i et enkelt system kendt som et positions- og orienteringssystem. Dette system leverer præcise positions- (længdegrad, breddegrad og højde) og orienteringsdata (rulning, hældning og kurs).

 De mønstre, hvormed laseren scanner området, kan variere, herunder zigzag-, parallelle eller elliptiske baner. Kombinationen af ​​DGPS- og IMU-data sammen med kalibreringsdata og monteringsparametre gør det muligt for systemet at behandle de indsamlede laserpunkter præcist. Disse punkter tildeles derefter koordinater (x, y, z) i et geografisk koordinatsystem ved hjælp af World Geodetic System of 1984 (WGS84)-datumet.

Hvordan LiDARFjernmålingVærkerForklar på en simpel måde

Et LiDAR-system udsender hurtige laserpulser mod et målobjekt eller en overflade.

Laserpulserne reflekteres fra målet og vender tilbage til LiDAR-sensoren.

Sensoren måler præcist den tid, det tager for hver puls at rejse til målet og tilbage.

Ved hjælp af lysets hastighed og rejsetid beregnes afstanden til målet.

Kombineret med positions- og orienteringsdata fra GPS- og IMU-sensorer bestemmes de præcise 3D-koordinater for laserrefleksionerne.

Dette resulterer i en tæt 3D-punktsky, der repræsenterer den scannede overflade eller det scannede objekt.

Fysisk princip for LiDAR

LiDAR-systemer bruger to typer lasere: pulserende og kontinuerlig bølge. Pulserende LiDAR-systemer fungerer ved at sende en kort lyspuls ud og derefter måle den tid, det tager for denne puls at rejse til målet og tilbage til modtageren. Denne måling af rundturstid hjælper med at bestemme afstanden til målet. Et eksempel er vist i et diagram, hvor amplituderne af både det transmitterede lyssignal (AT) og det modtagne lyssignal (AR) vises. Den grundlæggende ligning, der bruges i dette system, involverer lysets hastighed (c) og afstanden til målet (R), hvilket gør det muligt for systemet at beregne afstanden baseret på, hvor lang tid det tager for lyset at vende tilbage.