LIDAR eller 3D laserskanning ble utviklet på begynnelsen av 1960-tallet for deteksjon av ubåter fra et fly, og tidlige modeller ble brukt med suksess på begynnelsen av 1970-tallet. I dag er miljøforskningen vanskelig å forestille seg uten bruk av fjernmålingsteknikker som Light Detection and Ranging (LIDAR) og Radiobølgeoppdagelse og rangering (RADAR) . Høy romlig og progressiv oppløsning av målingene, muligheten for å observere atmosfæren ved omgivelsesforhold, og potensialet for å dekke høyden fra bakken til mer enn 100 km høyde utgjør attraktiviteten til LIDAR-instrumenter.
Mangfoldet av interaksjonsprosesser av den utstrålte strålingen med de atmosfæriske elementene kan brukes i LIDAR for å tillate bestemmelse av de grunnleggende miljøvariablene for tilstand, dvs. temperatur, trykk, fuktighet og vind, samt den geografiske undersøkelsen, elven sengeleie, studie av gruvene, tetthet av skog og åser, studie på under havet (Bathymetry).
Hvordan fungerer LIDAR?
Arbeidsprinsippet til Light Detection and Ranging-systemet er egentlig ganske enkelt. En LIDAR-sensor montert på et fly eller helikopter. Den genererer laserpulstog, som sendes til overflaten / målet for å måle tiden og det tar å komme tilbake til kilden. Den faktiske beregningen for å måle hvor langt et returlysfoton har reist til og fra et objekt blir beregnet av
Avstand = (Lysets hastighet x Flytid) / 2
Nøyaktige avstander blir deretter beregnet til punktene på bakken, og høyder kan bestemmes sammen med bakken, bygninger, veier og vegetasjon kan registreres. Disse høydene er kombinert med digital luftfotografering for å produsere en digital høydemodell av jorden.
Lysregistrerings- og avstandssystem
Laserinstrumentet avfyrer raske pulser av laserlys mot en overflate, noen med opptil 150 000 pulser per sekund. En sensor på instrumentet måler hvor lang tid det tar for hver puls å reflektere tilbake. Lys beveger seg med konstant og kjent hastighet, slik at LIDAR-instrumentet kan beregne avstanden mellom seg selv og målet med høy nøyaktighet. Ved å gjenta dette i rask progresjon bygger instrumentet opp et komplekst ‘kart’ av overflaten det måler.
Med luftbåren lysdeteksjon og rangering , må andre data samles inn for å sikre nøyaktighet. Når sensoren beveger seg i høyden, må instrumentets plassering og orientering være inkludert for å bestemme posisjonen til laserpulsen på sendingstidspunktet og returtidspunktet. Denne ekstra informasjonen er avgjørende for dataintegriteten. Med bakkebasert lysdeteksjon og rekkevidde en enkelt GPS-posisjon kan legges til på hvert sted instrumentet er satt opp.
LIDAR-systemtyper
Basert på plattformen
- Jordbasert LIDAR
- Luftbåren LIDAR
- Spaceborne LIDAR
LiDAR-systemer basert på plattform
Bød på fysisk prosess
- Rangefinder LIDAR
- DIAL LIDAR
- LIDAR Doppler
Bade på spredingsprosessen
- Min
- Rayleigh
- Raman
- Fluorescens
Hovedkomponenter i LIDAR-systemer
De fleste lysdeteksjonssystemer bruker fire hovedkomponenter
Komponenter for lysdeteksjon og varierende systemer
Lasere
Laserne er kategorisert etter bølgelengde. Luftbårne lysdeteksjons- og områdesystemer bruker 1064nm diodepumpet Nd: YAG-lasere, mens Bathymetriske systemer bruker 532nm dobbel diodepumpet Nd: YAG-lasere som trenger inn i vannet med mindre demping enn det luftbårne systemet (1064nm). Bedre oppløsning kan oppnås med kortere impulser forutsatt at mottakerdetektoren og elektronikken har tilstrekkelig båndbredde til å håndtere den økte dataflyten.
Skannere og optikk
Hastigheten som bilder kan utvikles på, påvirkes av hastigheten som de kan skannes inn i systemet. En rekke skannemetoder er tilgjengelige for forskjellige oppløsninger, for eksempel azimut og høyde, dobbelaksscanner, doble oscillerende plane speil og polygonale speil. Optikken bestemmer rekkevidden og oppløsningen som kan oppdages av et system.
Fotodetektor og mottakerelektronikk
Fotodetektoren er en enhet som leser og registrerer det tilbakespredte signalet til systemet. Det er to hovedtyper av fotodetektorteknologier, solid state-detektorer, for eksempel silikonskredfotodioder og fotomultiplikatorer.
Navigasjons- og posisjoneringssystemer / GPS
Når en lysdeteksjons- og avstandssensor er montert på en flysatellitt eller biler, er det nødvendig å bestemme den absolutte posisjonen og retningen til sensoren for å opprettholde brukbare data. Global Positioning Systems (GPS) gi nøyaktig geografisk informasjon om posisjonen til sensoren og en Inertial Measuring Unit (IMU) registrerer den nøyaktige retningen til sensoren på det stedet. Disse to enhetene gir metoden for å oversette sensordata til statiske punkter for bruk i en rekke systemer.
Navigasjons- og posisjoneringssystemer / GPS
LIDAR databehandling
Lysdeteksjons- og rangemekanismen samler bare høydedata og sammen med dataene fra inertial Measuring Unit plasseres det sammen med flyet og en GPS-enhet. Ved hjelp av disse systemene samler Light Detection And Ranging-sensoren datapunkter, plasseringen av dataene registreres sammen med GPS-sensoren. Data kreves for å behandle returtiden for hver puls spredt tilbake til sensoren og beregne de variable avstandene fra sensoren, eller endringer i landdekkflater. Etter undersøkelsen blir dataene lastet ned og behandlet ved hjelp av spesialdesignet dataprogramvare (LIDAR point Cloud Data Processing Software). Den endelige utdata er nøyaktig, geografisk registrert lengdegrad (X), breddegrad (Y) og høyde (Z) for hvert datapunkt. LIDAR-kartdataene består av høydemålinger av overflaten og oppnås gjennom topografiske undersøkelser fra luften. Filformatet som brukes til å fange og lagre LIDAR-data er en enkel tekstfil. Ved å bruke høydepunkter kan data brukes til å lage detaljerte topografiske kart. Med disse datapunktene tillater de også generering av en digital høydemodell av bakken.
Anvendelser av LIDAR Systems
Oseanografi
LIDAR brukes til beregning av planteplanktonfluorescens og biomasse i havoverflaten. Den brukes også til å måle havdybden (bathymetry).
LiDAR i oseanografi
DEM (Digital Elevation Model)
Den har x, y, z koordinater. Høydeverdier kan brukes overalt, i veier, bygninger, broer og annet. Det har gjort det enkelt å fange overflatehøyde, lengde og bredde.
Atmosfærisk fysikk
LIDAR brukes til å måle tettheten av skyer og konsentrasjonen av oksygen, Co2, nitrogen, svovel og andre gasspartikler i midten og øvre atmosfære.
Militær
LIDAR har alltid vært brukt av militærfolket til å forstå grensen rundt landet. Det skaper et kart med høy oppløsning for det militære formålet.
Meteorologi
LIDAR har blitt brukt til å studere skyen og dens oppførsel. LIDAR bruker bølgelengden til å slå små partikler i skyen for å forstå skytetthet.
River Survey
Greenlight (532 nm) Lasar av LIDAR brukes til å måle informasjon under vann er nødvendig for å forstå dybden, bredden på elven, strømningsstyrken og mer. For elvteknikk blir tverrsnittsdataene hentet fra lysdeteksjonsdata (DEM) for å lage en elvemodell som vil skape et flomkart.
River Survey ved hjelp av LIDAR
Mikrotopografi
Light Detection And Ranging er veldig nøyaktig og tydelig teknologi, som bruker laserpuls for å slå objektet. Regelmessig fotogrammetri eller annen undersøkelsesteknologi kan ikke gi overflatehøydeverdien av skogkalesjen. Men LIDAR kan trenge gjennom objektet og oppdage overflateverdien.
Har du grunnleggende informasjon om LIDAR og dens applikasjoner? Vi erkjenner at ovennevnte informasjon tydeliggjør det grunnleggende om konseptet med lysdeteksjon og rangeringmekanisme med relaterte bilder og ulike applikasjoner i sanntid. Videre, hvis du er i tvil om dette konseptet eller for å implementere elektroniske prosjekter, vennligst gi dine forslag og kommentarer til denne artikkelen du kan skrive i kommentarfeltet nedenfor. Her er et spørsmål til deg, Hva er de forskjellige typene lysdeteksjon og rekkevidde?
