ЛИДАР или 3D-лазерное сканирование было разработано в начале 1960-х годов для обнаружения подводных лодок с самолетов, а ранние модели успешно использовались в начале 1970-х годов. В настоящее время исследования окружающей среды трудно представить без использования таких методов дистанционного зондирования, как обнаружение света и определение дальности (LIDAR) и Обнаружение радиоволн и определение дальности (РАДАР) . Высокое пространственное и прогрессивное разрешение измерений, возможность наблюдения за атмосферой в условиях окружающей среды и возможность покрытия диапазона высот от земли до высоты более 100 км составляют привлекательность инструментов LIDAR.
В лидаре можно использовать различные процессы взаимодействия испускаемого излучения с элементами атмосферы, чтобы определить основные переменные состояния окружающей среды, то есть температуру, давление, влажность и ветер, а также провести географическую съемку, реку высота дна, изучение шахт, густота лесов и холмов, изучение дна моря (батиметрия).
Как работает LIDAR?
Принцип работы системы Light Detection and Ranging действительно довольно прост. Датчик LIDAR, установленный на самолете или вертолете. Он генерирует серию лазерных импульсов, которые отправляются на поверхность / цель для измерения времени, необходимого для возвращения к источнику. Фактический расчет для измерения того, как далеко вернувшийся световой фотон прошел к объекту и от него, рассчитывается
Расстояние = (Скорость света x Время полета) / 2
Затем вычисляются точные расстояния до точек на земле, и можно определять высоты вместе с поверхностью земли, можно записывать здания, дороги и растительность. Эти возвышения объединяются с цифровой аэрофотосъемкой для создания цифровой модели рельефа Земли.
Система обнаружения света и дальности
Лазерный прибор излучает быстрые импульсы лазерного света на поверхность, некоторые со скоростью до 150 000 импульсов в секунду. Датчик на приборе измеряет время, необходимое для отражения каждого импульса. Свет движется с постоянной и известной скоростью, поэтому инструмент LIDAR может рассчитать расстояние между ним и целью с высокой точностью. Повторяя это в быстрой последовательности, прибор строит сложную «карту» измеряемой поверхности.
С воздушное обнаружение света и определение дальности , другие данные должны быть собраны для обеспечения точности. Поскольку датчик перемещается по высоте, необходимо указать местоположение и ориентацию инструмента, чтобы определить положение лазерного импульса во время отправки и время возврата. Эта дополнительная информация имеет решающее значение для целостности данных. С наземное обнаружение света и дальность одно местоположение GPS может быть добавлено в каждое место, где установлен инструмент.
Типы систем LIDAR
На основе платформы
- Наземный лидар
- Бортовой лидар
- Космический лидар
Системы LiDAR на базе платформы
Отказ от физического процесса
- Дальномер LIDAR
- НАБОРНЫЙ ЛИДАР
- Лидар доплеровский
Отказ от процесса рассеяния
- Мой
- Рэлей
- Раман
- Флуоресценция
Основные компоненты лидарных систем
Большинство систем обнаружения света и определения дальности используют четыре основных компонента
Компоненты систем обнаружения света и дальности
Лазеры
Лазеры классифицируются по длине волны. В системах обнаружения и определения дальности бортового света используются лазеры Nd: YAG 1064 нм с диодной накачкой, тогда как в батиметрических системах используются лазеры Nd: YAG с двойной диодной накачкой 532 нм, которые проникают в воду с меньшим затуханием, чем система с воздушной накачкой (1064 нм). Лучшее разрешение может быть достигнуто с помощью более коротких импульсов при условии, что детектор приемника и электроника имеют достаточную полосу пропускания для управления увеличенным потоком данных.
Сканеры и оптика
На скорость проявления изображений влияет скорость, с которой они могут быть отсканированы в систему. Доступны различные методы сканирования для различных разрешений, таких как азимут и угол места, двухосевой сканер, двойные колеблющиеся плоские зеркала и многоугольные зеркала. Тип оптики определяет диапазон и разрешение, которое может быть обнаружено системой.
Фотоприемник и электроника
Фотоприемник это устройство, которое считывает и записывает обратно рассеянный сигнал в систему. Существует два основных типа технологий фотодетекторов, твердотельные детекторы, такие как кремниевые лавинные фотодиоды и фотоумножители.
Системы навигации и позиционирования / GPS
Когда датчик обнаружения света и дальности установлен на спутнике самолета или автомобиле, необходимо определить абсолютное положение и ориентацию датчика для сохранения пригодных для использования данных. Глобальные системы позиционирования (GPS) предоставляют точную географическую информацию о положении датчика, а блок инерциальных измерений (IMU) регистрирует точную ориентацию датчика в этом месте. Эти два устройства обеспечивают метод преобразования данных датчиков в статические точки для использования в различных системах.
Системы навигации и позиционирования / GPS
Обработка данных LIDAR
Механизм обнаружения света и определения дальности просто собирает данные о высоте и вместе с данными инерциального измерительного блока помещается вместе с летательным аппаратом и блоком GPS. С помощью этих систем датчик обнаружения и дальности света собирает точки данных, местоположение данных записывается вместе с датчиком GPS. Данные требуются для обработки времени возврата для каждого импульса, рассеянного обратно к датчику, и расчета переменных расстояний от датчика или изменений поверхности земного покрова. После опроса данные загружаются и обрабатываются с помощью специально разработанного компьютерного программного обеспечения (LIDAR point Cloud Data Processing Software). Окончательный результат - это точная географически зарегистрированная долгота (X), широта (Y) и высота (Z) для каждой точки данных. Картографические данные LIDAR состоят из измерений высоты поверхности и получены с помощью топографических съемок с воздуха. Формат файла, используемый для захвата и хранения данных LIDAR, представляет собой простой текстовый файл. Используя данные о точках высот, можно создавать подробные топографические карты. С помощью этих точек данных они также позволяют создавать цифровую модель рельефа поверхности земли.
Применения LIDAR Systems
Океанография
LIDAR используется для расчета флуоресценции и биомассы фитопланктона на поверхности океана. Он также используется для измерения глубины океана (батиметрии).
LiDAR в океанографии
DEM (цифровая модель рельефа)
Он имеет координаты x, y, z. Значения высоты можно использовать везде, на дорогах, зданиях, мостах и других местах. Это позволило легко запечатлеть высоту, длину и ширину поверхности.
Атмосферная физика
ЛИДАР используется для измерения плотности облаков и концентрации кислорода, Co2, азота, серы и других частиц газа в средней и верхней атмосфере.
Военный
ЛИДАР всегда использовался военными, чтобы понять границу, окружающую землю. Он создает карту высокого разрешения для военных целей.
Метеорология
LIDAR использовался для изучения облака и его поведения. LIDAR использует свою длину волны, чтобы поразить мелкие частицы в облаке, чтобы понять плотность облака.
Речная съемка
Greenlight (532 нм) Лазар LIDAR используется для измерения подводной информации, необходимой для понимания глубины, ширины реки, силы потока и т. Д. При проектировании реки данные ее поперечного сечения извлекаются из данных обнаружения и определения расстояния (DEM) для создания модели реки, которая будет создавать карту окраин паводков.
Речная съемка с использованием LIDAR
Микротопография
Обнаружение света и определение дальности - это очень точная и четкая технология, в которой для попадания на объект используется лазерный импульс. Обычная фотограмметрия или другие технологии съемки не могут дать значение отметки поверхности лесного полога. Но LIDAR может проникать сквозь объект и определять значение поверхности.
У вас есть основная информация о LIDAR и его приложениях? Мы подтверждаем, что приведенная выше информация разъясняет основы концепции механизма обнаружения и определения дальности со связанными изображениями и различными приложениями реального времени. Кроме того, любые сомнения относительно этой концепции или реализации каких-либо электронных проектов, пожалуйста, дайте свои предложения и комментарии к этой статье, которые вы можете написать в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, Какие существуют типы обнаружения света и определения дальности?
