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

Воздушные датчики LiDARможет либо захватывать определенные точки из лазерного импульса, известные как дискретные измерения возврата, либо записывать полный сигнал по мере его возврата, называемый полной формой волны, с фиксированными интервалами, такими как 1 нс (что покрывает около 15 см). Полноволновой LiDAR в основном используется в лесном хозяйстве, в то время как дискретный LiDAR имеет более широкое применение в различных областях. В этой статье в основном обсуждается дискретный LiDAR и его применение. В этой главе мы рассмотрим несколько ключевых тем о LiDAR, включая его основные компоненты, принцип работы, точность, системы и доступные ресурсы.

Основные компоненты LiDAR

Наземные системы LiDAR обычно используют лазеры с длиной волны от 500 до 600 нм, в то время как воздушные системы LiDAR используют лазеры с более длинными длинами волн в диапазоне от 1000 до 1600 нм. Стандартная установка воздушного LiDAR включает лазерный сканер, блок измерения расстояния (дальномер) и системы управления, мониторинга и записи. Она также включает дифференциальную глобальную систему позиционирования (DGPS) и инерциальный измерительный блок (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).

 Схемы, 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 даты Всемирной геодезической системы 1984 года (WGS84).

Как ЛиДАРДистанционное зондированиеРаботы? Объясните простым способом

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 прохождения пути до цели и обратно.

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

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

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

Физический принцип работы лидара

Системы LiDAR используют два типа лазеров: импульсные и непрерывного действия. Импульсные системы LiDAR работают, посылая короткий световой импульс, а затем измеряя время, необходимое для того, чтобы этот импульс прошел до цели и обратно 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 вычислять расстояние на основе того, сколько времени требуется свету, чтобы вернуться.