co je detekce světla a rozsah (LiDAR)?
jak byste chtěli mávat kouzelnou hůlkou a najednou zjistit, jak daleko je vše od vás?
nebyly nutné žádné magické hůlky. Takto funguje LiDAR (detekce světla a rozsah). Samozřejmě, bez kouzelné hůlky!
pojďme demystifikovat detekci a rozsah světla. Doufejme, že po přečtení tohoto přejdete z nuly na hrdinu Lidaru.
přečtěte si více: Top 6 bezplatných zdrojů dat LiDAR.
LiDAR 101
LiDAR je v zásadě distanční technologie. Z letadla nebo vrtulníku posílají systémy LiDAR světlo na zem.
tento puls dopadne na zem a vrátí se do senzoru. Poté měří, jak dlouho trvá, než se světlo vrátí do senzoru.
zaznamenáním doby návratu LiDAR měří vzdálenost. Ve skutečnosti je to také způsob, jakým LiDAR dostal své jméno-detekce a rozsah světla.
jak LiDAR funguje
LiDAR je vzorkovací nástroj. Tím chci říct, že vysílá přes 160 000 pulsů za sekundu. Za každou sekundu získá každý 1metrový pixel asi 15 Pulzů. To je důvod, proč lidar mračna bodů vytvářejí miliony bodů.
systémy LiDAR jsou velmi přesné, protože jsou ovládány na platformě. Například přesnost je pouze asi 15 cm svisle a 40 cm vodorovně.
jak Letadlo cestuje ve vzduchu, jednotky LiDAR skenují zemi ze strany na stranu. Zatímco některé impulsy budou přímo pod nadirem, většina impulsů se pohybuje pod úhlem (mimo nadir). Takže když systém LiDAR vypočítá výšku, odpovídá také úhlu.
typicky má lineární LiDAR šířku pásma 3 300 ft. Ale nové technologie jako Geiger LiDAR mohou skenovat šířky 16,000 ft. Tento typ Lidaru může pokrýt mnohem širší Stopy ve srovnání s tradičním Lidarem.
co může LiDAR generovat?
1. Počet návratů
Představte si, že jste pěší turistiku v lese. Pak se podíváte k nebi. Pokud vidíte světlo, znamená to, že lidarové pulzy mohou projít také. Také to znamená, že LiDAR může zasáhnout holou zemi nebo krátkou vegetaci.
značné množství světla proniká lesním baldachýnem stejně jako sluneční světlo. LiDAR ale nemusí nutně dopadnout jen na holou zem. V zalesněné oblasti se může odrážet od různých částí lesa, dokud puls nakonec nedosáhne země.
použitím Lidaru získáte holé pozemní body, nebudete rentgenovat vegetací. Místo toho se opravdu díváte skrz mezery v listech. Když zasáhne větve, dostanete více zásahů nebo návratů.
2. Návratové číslo
v lese jde laserový puls dolů. Když světlo zasáhne různé části lesa, dostanete „návratové číslo“. Například získáte 1., 2., 3. Návrat, dokud se konečně nedostane na holou zem. Pokud není v cestě žádný les, dopadne na povrch země.
někdy pulz světla neodráží jednu věc. Stejně jako v případě stromů by jeden světelný puls mohl mít více návratů. Systémy LiDAR mohou zaznamenávat informace od horní části vrchlíku přes vrchlík až k zemi. Díky tomu je LiDAR cenný pro interpretaci struktury lesa a tvaru stromů.
3. Digitální výškové modely
digitální výškové modely (DEM) jsou holé zemské (topografické) modely zemského povrchu. Použitím pouze pozemních návratů můžete vytvořit DEM. To se však liší od digitálních terénních modelů (DTM), protože DTM obsahují obrysy.
pomocí DEM můžete generovat další produkty. Můžete například vytvořit:
- sklon (vzestup nebo pokles vyjádřený ve stupních nebo procentech)
- aspekt (směr svahu)
- Hillshade (stínovaný reliéf s ohledem na úhel osvětlení)
číst dál: Zdarma globální zdroje dat DEM.
4. Digitální povrchové modely
jak jste se dozvěděli, LiDAR se dívá lesem. Nakonec se světlo dostane na zem. Pak se nám vrátí holá země. Ale co první návrat, který zasáhne strom?
digitální povrchový Model (DSM) zahrnuje vyvýšeniny z přírodních a postavených povrchů. Například přidává výšku z budov, baldachýn stromů, elektrické vedení a další funkce.
5. Výška vrchlíku Model
výška vrchlíku modely (CHM) vám skutečnou výšku topografických prvků na zemi. Tento typ elevačního modelu také nazýváme normalizovaným digitálním povrchovým modelem (nDSM).
nejprve si vezměte DSM, který obsahuje přírodní a postavené funkce, jako jsou stromy a budovy. Dále odečtěte tyto výšky od holé země (DEM). Když odečtete dva, získáte povrch funkcí, který představuje skutečnou výšku od země.
6. Intenzita světla
síla návratů Lidaru se liší podle složení povrchového objektu odrážejícího návrat. Reflexní procenta se označují jako intenzita Lidaru.
ale několik faktorů ovlivňuje intenzitu světla. Například rozsah, dopadající úhel, paprsek, přijímač a složení povrchu (zejména) ovlivňují intenzitu světla. Příkladem je, když je puls nakloněn dále, zpětná energie klesá.
intenzita světla je zvláště užitečná při rozlišování vlastností při využívání půdy/pokrytí. Například nepropustné povrchy vynikají v obrazech intenzity světla. Proto je intenzita světla vhodná pro klasifikaci obrazu, jako je objektová analýza obrazu.
7. Bodová klasifikace
existuje soubor klasifikačních kódů, které americká společnost pro fotogrammetrii a Dálkový průzkum Země (ASPR) přiřazuje pro lidar bodovou klasifikaci.
například třídy mohou zahrnovat půdu, vegetaci (nízkou, střední a vysokou), budovu a vodu atd. Někdy může bodová klasifikace spadat do více než jedné kategorie. Pokud tomu tak je, prodejci obvykle označují tyto body sekundárními třídami.
prodejci mohou nebo nemusí klasifikovat LiDAR. Kódy jsou generovány odraženým laserovým pulsem poloautomatickým způsobem. Ne všichni dodavatelé přidat toto pole klasifikace LAS. Ve skutečnosti je to obvykle dohodnuto ve smlouvě předem.
kde jsou otevřené a bezplatné zdroje LiDAR?
LiDAR data jsou vzácným vzácným zdrojem. Ale díky otevřeným datovým programům jsou stále dostupnější.
kde jsou tedy data Lidaru? Zde je seznam nejlepších 6 zdroje dat LiDAR zdarma, abyste mohli začít hledat.
pokud nemůžete najít to, co hledáte, pravděpodobně budete muset zakoupit data LiDAR. Prodejci obvykle létají LiDAR komerčně vrtulníkem, letadlem a dronem.
jaké jsou typy Lidaru?
pojďme prozkoumat typy systémů LiDAR. Liší se v:
- Velikost stopy
- vlnová délka
- poziční zarovnání
profilování LiDAR
profilování LiDAR byl první systém, který se kdy používal v 80. letech. specializoval se na přímé funkce, jako jsou elektrické vedení. Profilování LiDAR vysílá individuální puls V jednom řádku. Na pevném nadiru měří výšku podél jediného transektu.
Malá stopa LiDAR
Malá stopa LiDAR je to, co dnes většinou používáme. Skenuje asi v úhlu skenování 20 stupňů. Pak se pohybuje dozadu a dopředu. Pokud překročí 20 stupňů, nástroj LiDAR může začít vidět strany stromů místo přímo dolů.
- topografický LiDAR mapuje zemi typicky pomocí blízkého infračerveného světla.
- Bathymetric LiDAR používá k měření výšky mořského dna a koryta zelené světlo pronikající vodou.
velké stopy LiDAR
velké stopy LiDAR používá plné průběhy s 20m stopou. Ale jeho přesnost je nízká, protože návrat pulsu může zahrnovat svažitý terén. Dva pozoruhodné experimenty NASA používaly tento typ LIDARU:
- kráječ (skenování Lidar Imager of markýz pomocí Echo Recovery)
- LVIS (Laser Vegetation Imaging Sensor)
pozemní LiDAR
pozemní LiDAR sedí na stativu a skenuje polokouli. Je to zvláště dobré pro skenování budov. Existují však také aplikace v geologii, lesnictví a stavebnictví.
Geiger-mode LiDAR
Geiger-mode LiDAR je stále v zážitkovém stavu. Specializuje se ale na vysokohorské skenování. Protože má extrémně široký pás, může pokrýt více půdy ve srovnání s jinými typy Lidaru.
komponenty systému LiDAR
existují 4 hlavní části vzdušného Lidaru. Pracují společně a vytvářejí vysoce přesné a použitelné výsledky:
senzory LiDAR: při pohybu letounu senzory skenují zemi ze strany na stranu. Pulzy jsou obvykle v zelených nebo blízkých infračervených pásmech.
GPS PŘIJÍMAČE: GPS přijímače sledují nadmořskou výšku a polohu letounu. Tyto tratě jsou důležité pro přesné hodnoty terénu a nadmořské výšky.
inerciální měřicí jednotky (IMU): při pohybu letadel IMUs sleduje jeho náklon. Systémy LiDAR používají náklon k přesnému měření dopadajícího úhlu impulsu.
záznamníky dat: když LiDAR skenuje povrch, počítač zaznamenává všechny impulsy. Pak se tyto nahrávky překládají do elevace.
plný průběh vs diskrétní
lidar systems store lidar se vrací dvěma způsoby:
- plný průběh
- diskrétní LiDAR
diskrétní LiDAR
Představte si lidar pulzy skenování přes zalesněné oblasti. Získáte 1., 2., 3. Návrat, protože puls zasáhne více větví. Poté získáte velký a konečný puls návratem holé země.
když zaznamenáte data jako samostatné výnosy, jedná se o „diskrétní návrat LiDAR“. Stručně řečeno, diskrétní LiDAR bere každý vrchol a odděluje každý návrat.
plný průběh LiDAR
když zaznamenáte celý návrat jako jednu spojitou vlnu, jedná se o lidar s plným průběhem. Takže jednoduše spočítáte vrcholy, což je diskrétní.
i když jsou data s plným průběhem komplikovanější, LiDAR se pohybuje směrem k systému s plným průběhem.
projekty a aplikace LiDAR
tento seznam použití a aplikací LiDAR sotva poškrábá povrch. Například zde je několik způsobů, jak dnes používáme LiDAR:
lesnictví: Lesníci používají LiDAR k lepšímu pochopení struktury a tvaru stromu.
auta s vlastním pohonem: auta s vlastním pohonem používají skener LiDAR k detekci chodců, cyklistů, stopek a dalších překážek.
archeologie: archeologové používají LiDAR k nalezení čtvercových vzorů v zemi, což byly starobylé budovy a pyramidy postavené mayskými a egyptskými civilizacemi.
hydrologie: hydrologové vymezují toky a přítoky z Lidaru.
přečtěte si více: 100 aplikací dálkového průzkumu Země & použití
shrnutí: co je LiDAR?
detekce a rozsah světla (LiDAR) používá lasery k měření výšky funkcí.
je to technologie vzdálenosti, která vzorkuje s neuvěřitelnou přesností a body.
je to podobné sonaru (zvukové vlny) nebo radaru (rádiové vlny), protože vysílá puls a měří čas potřebný k návratu. Ale LiDAR je jiný než sonar a radar, protože používá světlo.
shrnuli jsme detekci světla a rozsah s tímto průvodcem LiDAR. Nyní se můžete považovat za guru LiDAR.