LIDAR of 3D-laserscanning werd begin jaren zestig ontwikkeld voor detectie van onderzeeërs vanuit een vliegtuig, en vroege modellen werden met succes gebruikt in de vroege jaren zeventig. Tegenwoordig is het milieuonderzoek moeilijk voorstelbaar zonder het gebruik van teledetectietechnieken zoals Light Detection and Ranging (LIDAR) en Radiogolf detectie en bereik (RADAR) Hoge ruimtelijke en progressieve resolutie van de metingen, de mogelijkheid om de atmosfeer bij omgevingsomstandigheden te observeren, en het potentieel om het hoogtebereik van de grond tot meer dan 100 km hoogte te bestrijken, vormen de aantrekkelijkheid van LIDAR-instrumenten.
De verscheidenheid aan interactieprocessen van de uitgezonden straling met de atmosferische elementen kan worden gebruikt in de LIDAR om de basis omgevingsvariabelen van de toestand te bepalen, dwz temperatuur, druk, vochtigheid en wind, evenals het geografische onderzoek, rivier bodemverhoging, studie van de mijnen, dichtheid van bossen en heuvels, studie onder de zee (Bathymetrie).
Hoe werkt LIDAR?
Het werkingsprincipe van het Light Detection and Ranging-systeem is eigenlijk vrij eenvoudig. Een LIDAR-sensor gemonteerd op een vliegtuig of helikopter. Het genereert een laserpulstrein, die naar het oppervlak / doelwit wordt gestuurd om de tijd te meten die nodig is om terug te keren naar de bron. De feitelijke berekening om te meten hoe ver een terugkerend lichtfoton van en naar een object is gereisd, wordt berekend door
Afstand = (lichtsnelheid x vluchttijd) / 2
Nauwkeurige afstanden worden vervolgens berekend tot de punten op de grond en hoogtes kunnen worden bepaald, samen met het grondoppervlak, gebouwen, wegen en vegetatie kunnen worden geregistreerd. Deze verhogingen worden gecombineerd met digitale luchtfotografie om een digitaal hoogtemodel van de aarde te produceren.
Lichtdetectie- en bereiksysteem
Het laserinstrument vuurt snelle laserpulsen af op een oppervlak, sommige met tot wel 150.000 pulsen per seconde. Een sensor op het instrument meet de hoeveelheid tijd die elke puls nodig heeft om terug te reflecteren. Licht beweegt met een constante en bekende snelheid, zodat het LIDAR-instrument de afstand tussen zichzelf en het doel met hoge nauwkeurigheid kan berekenen. Door dit snel te herhalen, bouwt het instrument een complexe ‘kaart’ op van het oppervlak dat wordt gemeten.
Met Lichtdetectie en bereik in de lucht moeten andere gegevens worden verzameld om de nauwkeurigheid te garanderen. Aangezien de sensor in hoogte beweegt, moeten de locatie en oriëntatie van het instrument worden opgenomen om de positie van de laserpuls op het moment van verzending en het moment van terugkeer te bepalen. Deze extra informatie is cruciaal voor de integriteit van de gegevens. Met op de grond gebaseerde lichtdetectie en bereik een enkele GPS-locatie kan worden toegevoegd op elke locatie waar het instrument is opgesteld.
LIDAR-systeemtypen
Gebaseerd op het platform
- LIDAR op de grond
- LIDAR in de lucht
- LIDAR in de ruimte
LiDAR-systemen op basis van platform
Bade over fysiek proces
- Afstandsmeter LIDAR
- KIES LIDAR
- LIDAR Doppler
Bade over het verstrooiingsproces
- Mijn
- Rayleigh
- Raman
- Fluorescentie
Hoofdcomponenten van LIDAR-systemen
De meeste Light Detection and Ranging-systemen gebruiken vier hoofdcomponenten
Lichtdetectie en variërende systeemcomponenten
Lasers
De lasers worden gecategoriseerd op basis van hun golflengte. Airborne Light Detection and Ranging-systemen maken gebruik van 1064nm diode-gepompte Nd: YAG-lasers, terwijl bathymetrische systemen 532nm dubbele diode-gepompte Nd: YAG-lasers gebruiken die met minder demping in het water doordringen dan het luchtsysteem (1064nm). Een betere resolutie kan worden bereikt met kortere pulsen, op voorwaarde dat de ontvangerdetector en elektronica voldoende bandbreedte hebben om de verhoogde gegevensstroom te beheren.
Scanners en optica
De snelheid waarmee afbeeldingen kunnen worden ontwikkeld, wordt beïnvloed door de snelheid waarmee ze in het systeem kunnen worden gescand. Er is een verscheidenheid aan scanmethoden beschikbaar voor verschillende resoluties, zoals azimut en elevatie, scanner met twee assen, dubbele oscillerende vlakke spiegels en veelhoekige spiegels. Het type optiek bepaalt het bereik en de resolutie die door een systeem kunnen worden gedetecteerd.
Fotodetector en ontvangerelektronica
De fotodetector is een apparaat dat het terugverstrooide signaal naar het systeem leest en registreert. Er zijn twee hoofdtypen fotodetectortechnologieën, vaste-stofdetectoren, zoals siliciumlawine-fotodiodes en fotomultiplicatoren.
Navigatie- en positioneringssystemen / GPS
Wanneer een lichtdetectie- en afstandssensor op een vliegtuigsatelliet of auto's is gemonteerd, is het nodig om de absolute positie en oriëntatie van de sensor te bepalen om bruikbare gegevens te behouden. Global Positioning Systems (GPS) nauwkeurige geografische informatie verstrekken over de positie van de sensor en een inertial Measurement Unit (IMU) registreert de nauwkeurige oriëntatie van de sensor op die locatie. Deze twee apparaten bieden de methode voor het vertalen van sensorgegevens naar statische punten voor gebruik in een verscheidenheid aan systemen.
Navigatie- en positioneringssystemen / GPS
LIDAR-gegevensverwerking
Het Light Detection and Ranging-mechanisme verzamelt alleen hoogtegegevens en wordt samen met de gegevens van de traagheidsmeeteenheid bij het vliegtuig en een GPS-eenheid geplaatst. Met behulp van deze systemen verzamelt de Light Detection And Ranging-sensor gegevenspunten, de locatie van de gegevens wordt samen met de GPS-sensor geregistreerd. Er zijn gegevens nodig om de terugkeertijd voor elke puls die naar de sensor wordt verstrooid te verwerken en de variabele afstanden tot de sensor of veranderingen in landbedekkingsoppervlakken te berekenen. Na de enquête worden de gegevens gedownload en verwerkt met behulp van speciaal ontworpen computersoftware (LIDAR point Cloud Data Processing Software). De uiteindelijke uitvoer is nauwkeurig, geografisch geregistreerde lengtegraad (X), breedtegraad (Y) en hoogte (Z) voor elk gegevenspunt. De LIDAR-kaartgegevens zijn samengesteld uit hoogtemetingen van het oppervlak en worden verkregen door middel van topografische luchtonderzoeken. Het bestandsformaat dat wordt gebruikt om LIDAR-gegevens vast te leggen en op te slaan, is een eenvoudig tekstbestand. Door gebruik te maken van hoogtepunten kunnen gegevens worden gebruikt om gedetailleerde topografische kaarten te maken. Met deze datapunten maken ze zelfs het genereren van een digitaal hoogtemodel van het grondoppervlak mogelijk.
Toepassingen van LIDAR-systemen
Oceanografie
De LIDAR wordt gebruikt voor het berekenen van fytoplanktonfluorescentie en biomassa in het oceaanoppervlak. Het wordt ook gebruikt om de diepte van de oceaan te meten (bathymetrie).
LiDAR in oceanografie
DEM (Digital Elevation Model)
Het heeft x, y, z-coördinaten. Hoogtewaarden kunnen overal worden gebruikt, in wegen, gebouwen, bruggen en andere. Het heeft het gemakkelijk gemaakt om de hoogte, lengte en breedte van het oppervlak vast te leggen.
Atmosferische fysica
LIDAR wordt gebruikt om de dichtheid van wolken en de concentratie van zuurstof, Co2, stikstof, zwavel en andere gasdeeltjes in de middelste en bovenste atmosfeer te meten.
Leger
LIDAR is altijd door de militairen gebruikt om de grens rond land te begrijpen. Het creëert een kaart met hoge resolutie voor militaire doeleinden.
Meteorologie
LIDAR is gebruikt voor het bestuderen van de cloud en zijn gedrag. LIDAR gebruikt zijn golflengte om kleine deeltjes in de wolk te raken om de wolkendichtheid te begrijpen.
River Survey
Greenlight (532 nm) Lasar van de LIDAR wordt gebruikt om onderwaterinformatie te meten die nodig is om de diepte, breedte van de rivier, stromingssterkte en meer te begrijpen. Voor de riviertechniek worden de dwarsdoorsnedegegevens geëxtraheerd uit Light Detection And Ranging-gegevens (DEM) om een riviermodel te maken, dat een overstromingsrandkaart zal maken.
Rivieronderzoek met LIDAR
Micro-topografie
Light Detection And Ranging is een zeer nauwkeurige en duidelijke technologie, die laserpuls gebruikt om het object te raken. Regelmatige fotogrammetrie of andere onderzoekstechnologie kan de oppervlakte-hoogtewaarde van het bladerdak niet geven. Maar de LIDAR kan door het object heen dringen en de oppervlaktewaarde detecteren.
Heeft u de basisinformatie van LIDAR en zijn toepassingen? We erkennen dat de hierboven gegeven informatie de basisprincipes van het lichtdetectie- en bereikmechanisme-concept verduidelijkt met gerelateerde afbeeldingen en verschillende real-time toepassingen. Bovendien, eventuele twijfels over dit concept of om elektronische projecten uit te voeren, geef uw suggesties en opmerkingen over dit artikel die u kunt schrijven in het commentaargedeelte hieronder. Hier is een vraag voor jou, Wat zijn de verschillende soorten lichtdetectie en bereik?
