Дистанционно наблюдение на LiDAR: принцип, приложение, безплатни ресурси и софтуер

Въздушни LiDAR сензориможе или да улови конкретни точки от лазерен импулс, известни като дискретни измервания на връщането, или да запише пълния сигнал, докато се връща, наречен пълна форма на вълната, на фиксирани интервали като 1 ns (които покриват около 15 cm). LiDAR с пълна форма на вълната се използва най-вече в горското стопанство, докато LiDAR с дискретно връщане има по-широки приложения в различни области. Тази статия основно обсъжда LiDAR с дискретно връщане и неговите употреби. В тази глава ще разгледаме няколко ключови теми за LiDAR, включително неговите основни компоненти, как работи, неговата точност, системи и налични ресурси.

Основни компоненти на LiDAR

Наземните системи LiDAR обикновено използват лазери с дължини на вълните между 500–600 nm, докато системите LiDAR във въздуха използват лазери с по-дълги дължини на вълните, вариращи от 1000–1600 nm. Стандартната настройка на LiDAR във въздуха включва лазерен скенер, устройство за измерване на разстояние (устройство за обхват) и системи за контрол, наблюдение и запис. Той също така включва диференциална глобална система за позициониране (DGPS) и инерционна измервателна единица (IMU), често интегрирани в една система, известна като система за позициониране и ориентация. Тази система предоставя данни за прецизно местоположение (дължина, ширина и надморска височина) и ориентация (наклон, наклон и посока).

 Моделите, по които лазерът сканира зоната, могат да варират, включително зигзагообразни, успоредни или елиптични пътеки. Комбинацията от DGPS и IMU данни, заедно с данните за калибриране и монтажните параметри, позволява на системата да обработва точно събраните лазерни точки. След това на тези точки се присвояват координати (x, y, z) в географска координатна система, използваща Световната геодезическа система от 1984 г. (WGS84).

Как LiDARДистанционно наблюдениеРаботи? Обяснете по прост начин

Системата LiDAR излъчва бързи лазерни импулси към целеви обект или повърхност.

Лазерните импулси се отразяват от целта и се връщат към сензора LiDAR.

Сензорът измерва прецизно времето, необходимо на всеки импулс за пътуване до целта и обратно.

Използвайки скоростта на светлината и времето за пътуване, се изчислява разстоянието до целта.

В комбинация с данните за позицията и ориентацията от GPS и IMU сензорите се определят точните 3D координати на лазерните отражения.

Това води до плътен 3D облак от точки, представляващ сканираната повърхност или обект.

Физически принцип на LiDAR

LiDAR системите използват два вида лазери: импулсни и непрекъснати вълни. Импулсните LiDAR системи работят, като изпращат кратък светлинен импулс и след това измерват времето, необходимо на този импулс да пътува до целта и обратно до приемника. Това измерване на времето за обиколка помага да се определи разстоянието до целта. Пример е показан на диаграма, където са показани амплитудите както на предавания светлинен сигнал (AT), така и на получения светлинен сигнал (AR). Основното уравнение, използвано в тази система, включва скоростта на светлината (c) и разстоянието до целта (R), което позволява на системата да изчисли разстоянието въз основа на това колко време е необходимо на светлината да се върне.