LIDAR jeb 3D lāzerskenēšana tika izstrādāta pagājušā gadsimta sešdesmito gadu sākumā, lai atklātu zemūdenes no lidmašīnas, un agrīnos modeļus veiksmīgi izmantoja 1970. gadu sākumā. Mūsdienās vides pētījumus ir grūti iedomāties, neizmantojot tālvadības uzrādes metodes, piemēram, Gaismas noteikšana un diapazona noteikšana (LIDAR) un Radioviļņu noteikšana un diapazons (RADAR) . Mērījumu augsta telpiskā un progresīvā izšķirtspēja, iespēja novērot atmosfēru apkārtējos apstākļos, kā arī iespējas segt augstuma diapazonu no zemes līdz vairāk nekā 100 km augstumam veido LIDAR instrumentu pievilcību.
Izstarotā starojuma un atmosfēras elementu mijiedarbības procesu daudzveidību var izmantot LIDAR, lai ļautu noteikt pamata vides mainīgos stāvokļa mainīgos, ti, temperatūru, spiedienu, mitrumu un vēju, kā arī ģeogrāfisko pārskatu, upes gultnes pacēlums, raktuvju izpēte, mežu un pauguru blīvums, izpēte jūras apakšā (batimetrija).
Kā darbojas LIDAR?
Gaismas noteikšanas un diapazona sistēmas darbības princips ir patiešām diezgan vienkāršs. LIDAR sensors, kas uzstādīts lidmašīnā vai helikopterā. Tas ģenerē lāzera impulsu vilcienu, kas tiek nosūtīts uz virsmu / mērķi, lai izmērītu laiku, un tas nepieciešams, lai atgrieztos pie avota. Faktisko aprēķinu, lai noteiktu, cik tālu atgriezies gaismas fotons ir devies uz objektu un no tā, aprēķina pēc
Attālums = (Gaismas ātrums x Lidojuma laiks) / 2
Pēc tam tiek aprēķināti precīzi attālumi līdz punktiem uz zemes un var noteikt augstumus kopā ar zemes virsmas ēkām, ceļiem un reģistrēt veģetāciju. Šie augstumi tiek apvienoti ar digitālo aerofotogrāfiju, lai iegūtu zemes digitālo augstuma modeli.
Gaismas noteikšanas un diapazona noteikšanas sistēma
Lāzera instruments uz virsmas izšauj ātrus lāzera gaismas impulsus, dažus ar ātrumu līdz 150 000 impulsu sekundē. Sensors uz instrumenta mēra laiku, kas vajadzīgs, lai katrs impulss atspoguļotos atpakaļ. Gaisma pārvietojas ar nemainīgu un zināmu ātrumu, lai LIDAR instruments ar lielu precizitāti varētu aprēķināt attālumu starp sevi un mērķi. Atkārtojot to ātri, instruments izveido sarežģītu mērāmās virsmas “karti”.
Ar gaismas gaisā noteikšana un diapazona noteikšana , lai nodrošinātu precizitāti, ir jāapkopo citi dati. Tā kā sensors pārvietojas augstumā, jāiekļauj instrumenta atrašanās vieta un orientācija, lai noteiktu lāzera impulsa stāvokli sūtīšanas laikā un atgriešanās laiku. Šī papildu informācija ir būtiska datu integritātei. Ar uz zemes balstīta gaismas noteikšana un diapazona noteikšana katrā vietā, kur instruments ir uzstādīts, var pievienot vienu GPS atrašanās vietu.
LIDAR sistēmas veidi
Pamatojoties uz platformu
- Zemes LIDAR
- Gaisa LIDAR
- Spaceborne LIDAR
LiDAR sistēmas, kuru pamatā ir platforma
Bade par fizisko procesu
- Attāluma meklētājs LIDAR
- DIAL LIDAR
- LIDAR dopleru
Bade par izkliedes procesu
- Mans
- Reilijs
- Ramans
- Fluorescence
LIDAR sistēmu galvenie komponenti
Lielākajā daļā gaismas noteikšanas un diapazona sistēmu tiek izmantoti četri galvenie komponenti
Gaismas noteikšanas un diapazona sistēmu sastāvdaļas
Lāzeri
Lāzeri tiek iedalīti pēc viļņa garuma. Gaismas gaismas noteikšanas un diapazona noteikšanas sistēmās tiek izmantoti 1064 nm diodu sūknēti Nd: YAG lāzeri, bet batimetriskajās sistēmās tiek izmantoti 532 nm dubultdiodes sūknētie Nd: YAG lāzeri, kas iekļūst ūdenī ar mazāku vājinājumu nekā gaisā esošā sistēma (1064 nm). Labāku izšķirtspēju var sasniegt ar īsākiem impulsiem, ja uztvērēja detektoram un elektronikai ir pietiekams joslas platums, lai pārvaldītu palielināto datu plūsmu.
Skeneri un optika
Attēlu izstrādes ātrumu ietekmē ātrums, kādā tos var skenēt sistēmā. Pieejamas dažādas skenēšanas metodes dažādām izšķirtspējām, piemēram, azimuts un pacēlums, divassu skeneris, dubulto svārstīgo plakņu spoguļi un daudzstūra spoguļi. Optikas tips nosaka diapazonu un izšķirtspēju, ko sistēma var noteikt.
Fotodetektors un uztvērēja elektronika
Fotodetektors ir ierīce, kas nolasa un reģistrē atpakaļ izkliedēto signālu sistēmai. Ir divi galvenie fotodetektoru tehnoloģiju veidi, cietvielu detektori, piemēram, silīcija lavīnas fotodiodes un fotorezistori.
Navigācijas un pozicionēšanas sistēmas / GPS
Kad gaismas detektēšanas un diapazona sensors ir uzstādīts lidmašīnas satelītā vai automašīnās, ir jānosaka sensora absolūtā pozīcija un orientācija, lai saglabātu izmantojamus datus. Globālās pozicionēšanas sistēmas (GPS) sniedz precīzu ģeogrāfisko informāciju par sensora atrašanās vietu, un inerciāla mērīšanas vienība (IMU) reģistrē sensora precīzu orientāciju šajā vietā. Šīs divas ierīces nodrošina sensoru datu pārveidošanu statiskos punktos, lai tos izmantotu dažādās sistēmās.
Navigācijas un pozicionēšanas sistēmas / GPS
LIDAR datu apstrāde
Gaismas noteikšanas un diapazona noteikšanas mehānisms tikai apkopo datus par augstumu un kopā ar inerciālās mērīšanas vienības datiem tiek novietots kopā ar lidmašīnu un GPS ierīci. Ar šo sistēmu palīdzību gaismas noteikšanas un diapazona sensors vāc datu punktus, datu atrašanās vieta tiek ierakstīta kopā ar GPS sensoru. Dati ir nepieciešami, lai apstrādātu katra impulsa atgriešanās laiku atpakaļ uz sensoru un aprēķinātu mainīgo attālumu no sensora vai zemes seguma virsmu izmaiņas. Pēc aptaujas dati tiek lejupielādēti un apstrādāti, izmantojot speciāli izstrādātu datoru programmatūru (LIDAR point Cloud Data Processing Software). Galīgā izeja ir precīza, ģeogrāfiski reģistrēta garuma (X), platuma (Y) un augstuma (Z) katram datu punktam. LIDAR kartēšanas dati sastāv no virsmas augstuma mērījumiem un tiek sasniegti ar gaisa topogrāfisko apsekojumu palīdzību. LIDAR datu tveršanai un glabāšanai izmantotais faila formāts ir vienkāršs teksta fails. Izmantojot augstuma punktus, datus var izmantot, lai izveidotu detalizētas topogrāfiskās kartes. Ar šiem datu punktiem pat tie ļauj ģenerēt zemes virsmas digitālo augstuma modeli.
LIDAR sistēmu pielietojums
Okeonogrāfija
LIDAR izmanto fitoplanktona fluorescences un biomasas aprēķināšanai okeāna virsmā. To lieto arī okeāna dziļuma mērīšanai (batimetrija).
LiDAR okeanogrāfijā
DEM (digitālā augstuma modelis)
Tam ir x, y, z koordinātas. Augstuma vērtības var izmantot visur, uz ceļiem, ēkās, tiltos un citur. Tas ir ļāvis viegli notvert virsmas augstumu, garumu un platumu.
Atmosfēras fizika
LIDAR izmanto, lai mērītu mākoņu blīvumu un skābekļa, Co2, slāpekļa, sēra un citu gāzes daļiņu koncentrāciju vidējā un augšējā atmosfērā.
Militārais
Militārie cilvēki vienmēr ir izmantojuši LIDAR, lai izprastu robežu, kas ieskauj zemi. Tas izveido augstas izšķirtspējas karti militāriem mērķiem.
Meteoroloģija
LIDAR ir izmantots mākoņa un tā uzvedības izpētei. Lai saprastu mākoņa blīvumu, LIDAR izmanto viļņa garumu, lai mākonī uzsistu mazas daļiņas.
Upju apsekojums
Greenlight (532 nm) LIDAR lasaru izmanto, lai mērītu zemūdens informāciju, kas vajadzīga, lai saprastu upes dziļumu, platumu, plūsmas stiprumu un daudz ko citu. Attiecībā uz upju inženieriju tās šķērsgriezuma dati tiek iegūti no gaismas detektēšanas un diapazona datiem (DEM), lai izveidotu upes modeli, kas izveidos plūdu robežu karti.
Upes apsekojums, izmantojot LIDAR
Mikro-topogrāfija
Gaismas noteikšana un diapazona noteikšana ir ļoti precīza un skaidra tehnoloģija, kas objekta sitienam izmanto lāzera impulsu. Regulāra fotogrammetrija vai cita apsekojuma tehnoloģija nevar noteikt meža lapotnes virsmas augstuma vērtību. Bet LIDAR var iekļūt caur objektu un noteikt virsmas vērtību.
Vai esat ieguvis LIDAR un tā lietojumu pamatinformāciju? Mēs atzīstam, ka iepriekš sniegtā informācija ar saistītiem attēliem un dažādām reāllaika lietojumprogrammām precizē Gaismas noteikšanas un diapazona mehānisma koncepcijas pamatus. Turklāt, ja rodas šaubas par šo koncepciju vai elektronisku projektu īstenošanu, lūdzu, sniedziet savus ierosinājumus un komentārus par šo rakstu, kurus varat rakstīt zemāk esošajā komentāru sadaļā. Šeit ir jautājums jums, Kādi ir dažādi gaismas noteikšanas un diapazona veidi?
