Laserové skenování LIDAR nebo 3D bylo vyvinuto na počátku 60. let pro detekci ponorek z letadla a rané modely byly úspěšně použity na začátku 70. let. V dnešní době je environmentální výzkum těžko představitelný bez použití technik dálkového průzkumu Země, jako je detekce světla a měření vzdálenosti (LIDAR) a Detekce a rozsah rádiových vln (RADAR) . Atraktivitu přístrojů LIDAR tvoří vysoké prostorové a progresivní rozlišení měření, možnost pozorování atmosféry za podmínek okolí a potenciál pokrytí výškového rozsahu od země do více než 100 km nadmořské výšky.
Řadu interakčních procesů emitovaného záření s atmosférickými prvky lze v systému LIDAR použít k určení základních stavových proměnných prostředí, tj. Teploty, tlaku, vlhkosti a větru, jakož i geografického průzkumu, řeky nadmořská výška koryta, studium dolů, hustota lesů a kopců, studium pod mořem (batymetrie).
Jak funguje LIDAR?
Princip fungování systému detekce a měření světla je opravdu docela jednoduchý. Senzor LIDAR namontovaný na letadle nebo vrtulníku. Generuje laserový sled pulzů, který je odeslán na povrch / cíl, aby změřil čas, a který trvá návrat do jeho zdroje. Skutečný výpočet pro měření toho, jak daleko foton vracejícího se světla cestoval do az objektu, se vypočítá podle
Vzdálenost = (rychlost světla x doba letu) / 2
Poté se vypočítají přesné vzdálenosti k bodům na zemi a lze určit nadmořské výšky spolu se zemním povrchem budov, silnic a vegetace. Tyto nadmořské výšky jsou kombinovány s digitálním leteckým snímkováním za vzniku digitálního výškového modelu Země.
Systém detekce a měření světla
Laserový přístroj spouští rychlé pulsy laserového světla na povrchu, některé až 150 000 pulzů za sekundu. Senzor na přístroji měří dobu, za kterou se každý puls odrazí zpět. Světlo se pohybuje konstantní a známou rychlostí, takže přístroj LIDAR dokáže vypočítat vzdálenost mezi sebou a cílem s vysokou přesností. Opakováním tohoto v rychlém postupu vytvoří přístroj komplexní „mapu“ povrchu, který měří.
S detekce a měření vzdálenosti ve vzduchu , je třeba shromáždit další údaje, aby byla zajištěna přesnost. Jelikož se snímač pohybuje ve výšce, musí být zahrnuto umístění a orientace přístroje, aby bylo možné určit polohu laserového pulzu v době odeslání a v době návratu. Tyto další informace jsou zásadní pro integritu dat. S pozemní detekce světla a měření vzdálenosti na každé místo, kde je přístroj nastaven, lze přidat jedno místo GPS.
Typy systémů LIDAR
Na základě platformy
- Pozemní LIDAR
- LIDAR ve vzduchu
- Vesmírný LIDAR
Systémy LiDAR založené na platformě
Nesprávný fyzický proces
- Dálkoměr LIDAR
- DIAL LIDAR
- LIDAR Doppler
Proces Bade on Scattering
- Můj
- Rayleigh
- Raman
- Fluorescence
Hlavní součásti systémů LIDAR
Většina systémů pro detekci a měření světla používá čtyři hlavní komponenty
Součásti systémů pro detekci a měření vzdálenosti
Lasery
Lasery jsou kategorizovány podle jejich vlnové délky. Airborne Light Detection and Ranging systems use 1064nm diode-pumped Nd: YAG lasers while Bathymetric systems use 532nm double diode-pumped Nd: YAG lasers that penetric into the water with the less attenate than the airborne system (1064nm). Lepšího rozlišení lze dosáhnout s kratšími pulsy za předpokladu, že detektor přijímače a elektronika mají dostatečnou šířku pásma pro správu zvýšeného toku dat.
Skenery a optika
Rychlost, jakou lze obrázky vyvinout, je ovlivněna rychlostí, jakou je možné je naskenovat do systému. K dispozici je řada metod skenování pro různá rozlišení, jako je azimut a elevace, dvouosý skener, dvojitá oscilační rovinová zrcadla a polygonální zrcadla. Typ optiky určuje rozsah a rozlišení, které může systém detekovat.
Fotodetektor a elektronika přijímače
Fotodetektor je zařízení, které čte a zaznamenává zpětně rozptýlený signál do systému. Existují dva hlavní typy fotodetektorových technologií, detektory v pevné fázi, jako jsou křemíkové lavinové fotodiody a fotonásobiče.
Navigační a poziční systémy / GPS
Pokud je senzor detekce a měření vzdálenosti namontován na leteckém satelitu nebo automobilech, je nutné určit absolutní polohu a orientaci senzoru, aby byla zachována použitelná data. Globální poziční systémy (GPS) poskytují přesné geografické informace týkající se polohy senzoru a jednotka inerciální měření (IMU) zaznamenává přesnou orientaci senzoru v daném místě. Tato dvě zařízení poskytují metodu převodu dat ze senzorů do statických bodů pro použití v různých systémech.
Navigační a poziční systémy / GPS
Zpracování údajů LIDAR
Mechanismus detekce a měření světla pouze shromažďuje údaje o nadmořské výšce a spolu s daty inerciální měřicí jednotky je umístěn s letadlem a jednotkou GPS. S pomocí těchto systémů senzor detekce a měření světla shromažďuje datové body, umístění dat se zaznamenává spolu se senzorem GPS. Data jsou nutná ke zpracování doby návratu pro každý pulz rozptýlený zpět k senzoru a k výpočtu proměnných vzdáleností od senzoru nebo ke změnám povrchů krajinného krytu. Po průzkumu jsou data stažena a zpracována pomocí speciálně navrženého počítačového softwaru (LIDAR point Cloud Data Processing Software). Konečným výstupem je přesná zeměpisná délka (X), zeměpisná šířka (Y) a výška (Z) pro každý datový bod. Mapová data LIDAR se skládají z výškových měření povrchu a jsou dosažena leteckými topografickými průzkumy. Formát souboru používaný k zachycení a uložení dat LIDAR je jednoduchý textový soubor. Pomocí výškových bodů lze data použít k vytvoření podrobných topografických map. S těmito datovými body dokonce umožňují také generovat digitální výškový model povrchu země.
Aplikace systémů LIDAR
Oceánografie
LIDAR se používá pro výpočet fluorescence fytoplanktonu a biomasy na povrchu oceánu. Používá se také k měření hloubky oceánu (batymetrie).
LiDAR v oceánografii
DEM (Digital Elevation Model)
Má souřadnice x, y, z. Hodnoty nadmořské výšky lze použít všude, na silnicích, budovách, mostech a dalších. Díky němu lze snadno zachytit výšku, délku a šířku povrchu.
Fyzikální atmosféra
LIDAR se používá k měření hustoty mraků a koncentrace kyslíku, Co2, dusíku, síry a dalších plynných částic ve střední a horní atmosféře.
Válečný
LIDAR byl vždy používán vojenským lidem k pochopení hranice obklopující zemi. Vytváří mapu s vysokým rozlišením pro vojenské účely.
Meteorologie
LIDAR byl použit pro studium cloudu a jeho chování. LIDAR používá svou vlnovou délku k zasažení malých částic v oblaku, aby porozuměl hustotě oblaku.
Průzkum řeky
Greenlight (532 nm) Lasar z LIDAR se používá k měření informací pod vodou, které jsou potřebné k pochopení hloubky, šířky řeky, síly toku a dalších. Pro říční inženýrství jsou data jeho průřezu extrahována z dat Light Detection And Ranging (DEM), aby se vytvořil model řeky, který vytvoří mapu záplavových okrajů.
Průzkum řeky pomocí LIDAR
Mikro-topografie
Light Detection And Ranging je velmi přesná a jasná technologie, která využívá laserový puls k zasažení objektu. Pravidelná fotogrammetrie nebo jiná průzkumná technologie nemůže poskytnout hodnotu převýšení povrchu vrchlíku lesa. Ale LIDAR může proniknout objektem a detekovat povrchovou hodnotu.
Máte základní informace o LIDARu a jeho aplikacích? Bereme na vědomí, že výše uvedené informace objasňují základy konceptu mechanismu detekce světla a rozsahu pomocí souvisejících obrázků a různých aplikací v reálném čase. Jakékoli pochybnosti týkající se tohoto konceptu nebo implementace jakýchkoli elektronických projektů, prosím, uveďte své návrhy a komentáře k tomuto článku, které můžete napsat v sekci komentářů níže. Zde je otázka pro vás, Jaké jsou různé typy detekce a dosahu světla?
