Лидарное дистанционное зондирование: принцип, приложение, бесплатные ресурсы и программное обеспечение

Воздушные датчики лидараМожет либо запечатлеть определенные точки из лазерного импульса, известного как дискретные измерения возврата, либо записать полный сигнал при возвращении, называемый полноволновой формой, с фиксированными интервалами, такими как 1 нс (который охватывает около 15 см). Полноволновый лидар в основном используется в лесном хозяйстве, в то время как дискретный возврат Lidar имеет более широкие приложения в различных областях. В этой статье в первую очередь обсуждается дискретный возвратный лидар и его использование. В этой главе мы рассмотрим несколько ключевых тем о Лидаре, включая его основные компоненты, как он работает, его точность, системы и доступные ресурсы.

Основные компоненты лидара

Наземные лидарные системы обычно используют лазеры с длиной волны от 500 до 600 нм, в то время как в воздушных лидарных системах используются лазеры с более длинными длин волн от 1000 до 1600 нм. Стандартная настройка LiDAR в воздухе включает лазерный сканер, единицу для измерения расстояния (блок диапазона) и системы для управления, мониторинга и записи. Он также включает в себя дифференциальную систему глобального позиционирования (DGPS) и инерционную единицу измерения (IMU), часто интегрируемой в одну систему, известную как положение положения и ориентации. Эта система обеспечивает точные данные местоположения (долготы, широты и высоты) и ориентации (броска, высота и заголовок).

 Паттерны, в которых лазер сканирует область, может варьироваться, включая зигзагообразные, параллельные или эллиптические пути. Комбинация данных DGP и IMU, наряду с данными калибровки и монтажными параметрами, позволяет системе точно обрабатывать собранные лазерные точки. Этим точкам затем присваиваются координаты (x, y, z) в географической системе координат с использованием мировой геодезической системы 1984 года (WGS84) Datum.

Как ЛидарДистанционное зондированиеРабота? Объясните простым способом

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

Лазерные импульсы отражают цель и возвращаются к датчику лидара.

Датчик точно измеряет время, необходимое для каждого импульса, чтобы перейти к цели и обратно.

Используя скорость света и время в пути, рассчитывается расстояние до цели.

В сочетании с данными о положении и ориентации от GPS и датчиков IMU определяются точные 3D -координаты лазерных отражений.

Это приводит к плотному облаку трехмерной точки, представляющего отсканированную поверхность или объект.

Физический принцип лидара

Лидарные системы используют два типа лазеров: пульсированная и непрерывная волна. Импульсные лидарные системы работают, отправляя короткий световой импульс, а затем измеряя время, необходимое для того, чтобы этот импульс отправился в цель и обратно в приемник. Это измерение времени обращения в оба конца помогает определить расстояние до цели. Пример показан на диаграмме, где отображаются амплитуды как передаваемого светового сигнала, так и сигнала полученного света (AR). Основное уравнение, используемое в этой системе, включает в себя скорость света (C) и расстояние до цели (R), что позволяет системе рассчитать расстояние в зависимости от того, сколько времени требуется для возврата света.