Дистанционное зондирование LiDAR: принцип, применение, бесплатные ресурсы и программное обеспечение

Бортовые датчики LiDARможет либо захватывать определенные точки лазерного импульса, известные как измерения дискретного возврата, либо записывать полный сигнал по мере его возврата, называемый полной формой волны, с фиксированными интервалами, например 1 нс (что охватывает около 15 см). Полноволновой LiDAR в основном используется в лесном хозяйстве, тогда как LiDAR с дискретным возвратом имеет более широкое применение в различных областях. В этой статье в первую очередь обсуждается LiDAR с дискретным возвратом и его использование. В этой главе мы рассмотрим несколько ключевых тем о LiDAR, включая его основные компоненты, принципы его работы, его точность, системы и доступные ресурсы.

Основные компоненты LiDAR

В наземных системах LiDAR обычно используются лазеры с длиной волны от 500 до 600 нм, а в бортовых системах LiDAR используются лазеры с более длинными волнами в диапазоне 1000–1600 нм. Стандартная бортовая установка LiDAR включает в себя лазерный сканер, блок измерения дальности (дальномерный блок) и системы управления, мониторинга и регистрации. Он также включает в себя дифференциальную глобальную систему позиционирования (DGPS) и блок инерциальных измерений (IMU), часто интегрированные в единую систему, известную как система положения и ориентации. Эта система предоставляет точные данные о местоположении (долгота, широта и высота) и ориентации (крен, тангаж и курс).

 Шаблоны, по которым лазер сканирует область, могут различаться, включая зигзагообразные, параллельные или эллиптические траектории. Сочетание данных DGPS и IMU, а также данных калибровки и параметров монтажа позволяет системе точно обрабатывать собранные лазерные точки. Затем этим точкам присваиваются координаты (x, y, z) в географической системе координат с использованием данных Всемирной геодезической системы 1984 года (WGS84).

Как лидарДистанционное зондированиеРаботает? Объясните простым языком

Система LiDAR излучает быстрые лазерные импульсы в направлении целевого объекта или поверхности.

Лазерные импульсы отражаются от цели и возвращаются к датчику LiDAR.

Датчик точно измеряет время, необходимое каждому импульсу для достижения цели и обратно.

Используя скорость света и время путешествия, рассчитывается расстояние до цели.

В сочетании с данными о положении и ориентации от датчиков GPS и IMU определяются точные трехмерные координаты лазерных отражений.

В результате получается плотное трехмерное облако точек, представляющее сканируемую поверхность или объект.

Физический принцип LiDAR

В системах LiDAR используются два типа лазеров: импульсные и непрерывные. Импульсные системы LiDAR работают, посылая короткий световой импульс, а затем измеряя время, необходимое этому импульсу, чтобы пройти к цели и вернуться к приемнику. Это измерение времени прохождения туда и обратно помогает определить расстояние до цели. Пример показан на диаграмме, где отображаются амплитуды как переданного светового сигнала (AT), так и принятого светового сигнала (AR). Основное уравнение, используемое в этой системе, включает скорость света (c) и расстояние до цели (R), что позволяет системе рассчитать расстояние на основе того, сколько времени потребуется свету, чтобы вернуться.