hvad er Lysdetektion og rækkevidde (LiDAR)?
hvordan vil du vinke din tryllestav og pludselig finde ud af, hvor langt alt er væk fra dig?
ingen tryllestave var nødvendige. Sådan fungerer LiDAR (Light Detection And Ranging). Selvfølgelig uden tryllestaven!
lad os afmystificere lysdetektion og rækkevidde. Forhåbentlig, efter at have læst dette, vil du gå fra nul til en LiDAR-helt.
Læs mere: Top 6 gratis LiDAR datakilder.
LiDAR 101
LiDAR er grundlæggende en fjernteknologi. Fra et fly eller helikopter sender LiDAR-systemer lys til jorden.
denne puls rammer jorden og vender tilbage til sensoren. Derefter måler det, hvor lang tid det tager for lyset at vende tilbage til sensoren.
ved at registrere returtiden måler LiDAR afstanden. Faktisk er det også Sådan, LiDAR fik sit navn-Lysdetektion og rækkevidde.
Sådan fungerer LiDAR
LiDAR er et prøveudtagningsværktøj. Hvad jeg mener med det er, at det sender over 160.000 pulser pr. For hvert sekund får hver 1 meter punkt omkring 15 pulser. Derfor skaber LiDAR point clouds millioner af point.
LiDAR-systemer er meget nøjagtige, fordi de styres på en platform. For eksempel er nøjagtigheden kun omkring 15 cm lodret og 40 cm vandret.
når et fly bevæger sig i luften, scanner LiDAR-enheder jorden fra side til side. Mens nogle pulser vil være direkte under ved nadir, rejser de fleste pulser i en vinkel (off-nadir). Så når et LiDAR-system beregner højde, tegner det sig også for vinklen.
typisk har lineær LiDAR en skårbredde på 3.300 ft. Men nye teknologier som Geiger LiDAR kan scanne bredder på 16.000 ft. Denne type LiDAR kan dække meget bredere fodspor sammenlignet med traditionel LiDAR.
Hvad kan LiDAR generere?
1. Antal afkast
Forestil dig, at du vandrer i en skov. Så ser du op til himlen. Hvis du kan se lys, betyder det, at Lidarpulser også kan gå igennem. Det betyder også, at LiDAR kan ramme den blotte jord eller kort vegetation.
en betydelig mængde lys trænger ind i skovbaldakinen ligesom sollys. Men LiDAR vil ikke nødvendigvis kun ramme den bare jord. I et skovområde kan det afspejle forskellige dele af skoven, indtil pulsen endelig rammer jorden.
ved at bruge LiDAR til at få bare jordpunkter, røntgenbilleder du ikke gennem vegetation. I stedet kigger du virkelig gennem hullerne i bladene. Når det rammer grenene, får du flere hits eller afkast.
2. Returnummer
i en skov går laserpulsen nedad. Når lys rammer forskellige dele af skoven, får du “returnummer”. For eksempel får du 1., 2., 3. retur, indtil den endelig rammer den bare jord. Hvis der ikke er nogen skov i vejen, vil den bare ramme jordoverfladen.
nogle gange afspejler en lyspuls ikke en ting. Som med træer kan en lyspuls have flere afkast. LiDAR-systemer kan registrere information fra toppen af baldakinen gennem baldakinen helt til jorden. Dette gør LiDAR værdifuld til fortolkning af træernes skovstruktur og form.
3. Digitale højdemodeller
digitale højdemodeller (dem) er bar jord (topografiske) modeller af jordens overflade. Ved kun at bruge jordafkast kan du bygge en dem. Men dette adskiller sig fra digitale terrænmodeller (DTM), fordi DTM ‘ er indeholder konturer.
ved at bruge en DEM kan du generere yderligere produkter. For eksempel kan du oprette:
- hældning (stigning eller fald udtrykt i grader eller procent)
- aspekt (hældningsretning)
- Bakkeskærm (skyggefuld lettelse i betragtning af belysningsvinkel)
Læs mere: Gratis globale dem datakilder.
4. Digitale overflademodeller
som du har lært, kigger LiDAR gennem skoven. Til sidst når lyset jorden. Derefter, vi får en bar jord tilbage. Men hvad med den første tilbagevenden, der rammer træet?
en Digital Overflademodel (DSM) indeholder forhøjninger fra naturlige og byggede overflader. For eksempel tilføjer det højde fra bygninger, træbaldakin, kraftledninger og andre funktioner.
5. Canopy højde Model
Canopy højde modeller (CHM) giver dig den sande højde af topografiske funktioner på jorden. Vi kalder også denne type højdemodel en normaliseret Digital Overflademodel (nDSM).
Tag først DSM, der inkluderer naturlige og byggede funktioner som træer og bygninger. Træk derefter disse højder fra den bare jord (dem). Når du trækker de to, får du en overflade af funktioner, der repræsenterer reel højde fra jorden.
6. Lysintensitet
styrken af LiDAR-retur varierer med sammensætningen af overfladeobjektet, der afspejler retur. De reflekterende procentdele kaldes Lidarintensitet.
men flere faktorer påvirker lysintensiteten. For eksempel påvirker rækkevidde, indfaldsvinkel, stråle, modtager og overfladesammensætning (især) lysintensiteten. Et eksempel er, når pulsen vippes længere væk, falder returenergien.
lysintensitet er særlig nyttig til at skelne træk ved arealanvendelse/dækning. For eksempel skiller uigennemtrængelige overflader sig ud i lysintensitetsbilleder. Derfor er lysintensiteten god til billedklassificering som objektbaseret billedanalyse.
7. Punktklassificering
der er et sæt klassifikationskoder, som American Society for Photogrammetri and Remote Sensing (ASPRS) tildeler LiDAR punktklassificering.
for eksempel kan klasser omfatte jord, vegetation (lav, medium og høj), bygning og vand osv. Nogle gange kan punktklassificering falde i mere end en kategori. Hvis dette er tilfældet, markerer leverandører normalt disse punkter med sekundære klasser.
leverandører klassificerer muligvis LiDAR. Koderne genereres af den reflekterede laserpuls på en halvautomatisk måde. Ikke alle leverandører tilføje denne las klassificering felt. Faktisk er det normalt aftalt i kontrakten på forhånd.
hvor er åbne og gratis LiDAR kilder?
LiDAR data er en sjælden, dyrebar ressource. Men takket være åbne dataprogrammer bliver de mere tilgængelige.
så Hvor er LiDAR-dataene? Her er en liste over toppen 6 gratis LiDAR datakilder for dig at få en jump-start på din søgning.
hvis du ikke kan finde det, du leder efter, bliver du sandsynligvis nødt til at købe LiDAR-data. Leverandører flyver generelt LiDAR kommercielt med helikopter, fly og drone.
Hvad er typerne af LiDAR?
lad os undersøge typerne af LiDAR-systemer. De adskiller sig i:
- størrelse af fodaftryk
- bølgelængde
- positionsjustering
profilering LiDAR
profilering LiDAR var det første system, der nogensinde blev brugt tilbage i 1980 ‘ erne. det specialiserede sig i lineære funktioner såsom kraftledninger. Profilering LiDAR sender en individuel puls i en linje. Ved en fast nadir måler den højden langs en enkelt transekt.
lille fodaftryk LiDAR
lille fodaftryk LiDAR er det, vi mest bruger i dag. Det scanner på omkring en 20 graders scanningsvinkel. Derefter bevæger den sig frem og tilbage. Hvis det går ud over 20 grader, kan LiDAR-instrumentet begynde at se siderne af træer i stedet for lige ned.
- topografisk LiDAR kortlægger landet typisk ved hjælp af nærinfrarødt lys.
- Bathymetric LiDAR bruger vandindtrængende grønt lys til at måle havbund og flodbundshøjder.
stort fodaftryk LiDAR
stort fodaftryk LiDAR bruger fulde bølgeformer med et 20m fodaftryk. Men det er nøjagtighed er lav, fordi pulsen afkast kan omfatte skrånende terræn. To bemærkelsesværdige eksperimenter fra NASA brugte denne type LIDAR:
- SLICER (Scanning Lidar Imager af baldakiner ved Echo Recovery)
- LVIS (Laser Vegetation Imaging Sensor)
jordbaseret LiDAR
jordbaseret LiDAR sidder på et stativ og scanner halvkuglen. Det er især godt til scanning af bygninger. Men der er også anvendelser inden for geologi, skovbrug og konstruktion.
Geiger-tilstand LiDAR
Geiger-tilstand LiDAR er stadig i en oplevelsesmæssig tilstand. Men det er specialiseret i scanning i høj højde. Fordi den har en ekstremt bred skår, kan den dække mere jord sammenlignet med andre typer LiDAR.
LiDAR systemkomponenter
der er 4 hoveddele af en luftbåren LiDAR. De arbejder sammen for at producere meget nøjagtige, brugbare resultater:
LiDAR sensorer: når flyet bevæger sig, scanner sensorer jorden fra side til side. Pulserne er almindeligvis i grønne eller næsten infrarøde bånd.
GPS-MODTAGERE: GPS-modtagere sporer flyets højde og placering. Disse spor er vigtige for nøjagtige terræn-og højdeværdier.
inertielle måleenheder (IMU): når fly rejser, sporer IMUs sin hældning. LiDAR-systemer bruger hældning til nøjagtigt at måle indfaldsvinklen på pulsen.
DATAOPTAGERE: når LiDAR scanner overfladen, registrerer en computer alle pulsafkast. Derefter bliver disse optagelser oversat til højde.
fuld bølgeform vs diskret
LiDAR systems store LiDAR vender tilbage på to måder:
- fuld bølgeform
- diskret LiDAR
diskret LiDAR
Forestil dig Lidarpulser, der scanner gennem et skovområde. Du får 1., 2., 3. afkast, fordi pulsen rammer flere grene. Derefter får du en stor og endelig puls ved den blotte jordretur.
når du registrerer dataene som separate afkast, er dette “diskret retur LiDAR”. Kort sagt tager diskret LiDAR hver top og adskiller hver retur.
fuld bølgeform LiDAR
når du optager hele afkastet som en kontinuerlig bølge, er dette Fuldbølgeform LiDAR. Så du tæller simpelthen toppe, det gør det diskret.
selvom data med fuld bølgeform er mere komplicerede, bevæger LiDAR sig mod et fuldt bølgeformsystem.
LiDAR projekter og applikationer
denne liste over LiDAR anvendelser og applikationer skraber næppe overfladen. For eksempel er her nogle måder, hvordan vi bruger LiDAR i dag:
skovbrug: Skovbrugere bruger LiDAR til bedre at forstå træstruktur og form.
selvkørende biler: selvkørende biler bruger LiDAR-scanner til at registrere fodgængere, cyklister, stopskilte og andre forhindringer.
arkæologi: arkæologer bruger LiDAR til at finde firkantede mønstre i jorden, som var gamle bygninger og pyramider bygget af Maya og egyptiske civilisationer.
hydrologi: hydrologer afgrænser strømordrer og bifloder fra LiDAR.
Læs Mere: 100 jordskærende Remote Sensing applikationer & bruger
sammendrag: Hvad er LiDAR?
Light Detection And Ranging (LiDAR) bruger lasere til at måle højden af funktioner.
det er en afstandsteknologi, der prøver med en utrolig mængde nøjagtighed og point.
det ligner sonar (lydbølger) eller radar (radiobølger), fordi det sender en puls og måler den tid det tager at vende tilbage. Men LiDAR er anderledes end sonar og radar, fordi den bruger lys.
vi har opsummeret lysdetektion og spænder med denne LiDAR guide. Du kan nu betragte dig selv som en LiDAR-guru.