Дистанционно наблюдение с LiDAR: Принцип, приложение, безплатни ресурси и софтуер

Въздушни LiDAR сензориможе или да заснеме специфични точки от лазерен импулс, известни като измервания с дискретен отразен сигнал, или да запише целия сигнал, докато се връща, наречен измервания с пълна вълнова форма, на фиксирани интервали като 1 ns (което покрива около 15 cm). LiDAR с пълна вълнова форма се използва най-вече в горското стопанство, докато LiDAR с дискретен отразен сигнал има по-широки приложения в различни области. Тази статия разглежда предимно LiDAR с дискретен отразен сигнал и неговото приложение. В тази глава ще разгледаме няколко ключови теми за LiDAR, включително основните му компоненти, как работи, точността му, системите и наличните ресурси.

Основни компоненти на LiDAR

Наземните LiDAR системи обикновено използват лазери с дължини на вълните между 500–600 nm, докато въздушните LiDAR системи използват лазери с по-дълги дължини на вълните, вариращи от 1000–1600 nm. Стандартната въздушна LiDAR система включва лазерен скенер, устройство за измерване на разстояние (устройство за измерване на разстояние) и системи за контрол, наблюдение и запис. Тя включва също Диференциална глобална система за позициониране (DGPS) и Инерциално измервателно устройство (IMU), често интегрирани в една система, известна като система за позициониране и ориентация. Тази система предоставя точни данни за местоположение (дължина, ширина и височина) и ориентация (крен, тангаж и курс).

 Моделите, по които лазерът сканира областта, могат да варират, включително зигзагообразни, паралелни или елиптични траектории. Комбинацията от DGPS и IMU данни, заедно с данни за калибриране и параметри за монтаж, 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 референтната система на Световната геодезична система от 1984 г. (WGS84).

Как ЛиДАРДистанционно наблюдениеПроизведенияОбяснете по прост начин

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

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

Сензорът прецизно измерва времето, необходимо на всеки импулс да достигне 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 сензори, 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 лазери с непрекъсната вълна. Импулсните LiDAR системи работят, като изпращат кратък светлинен импулс и след това измерват времето, необходимо на този импулс да стигне до целта и обратно до приемника. Това измерване на времето за двупосочно пътуване помага да се определи разстоянието до целта. Пример е показан на диаграма, където са показани амплитудите както на предадения 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 отнема на светлината да се върне.