What is Light Detection and Ranging (LiDAR)?
Miten haluaisit heiluttaa taikasauvaasi ja yhtäkkiä huomaisit, kuinka kaukana kaikki on sinusta?
taikasauvoja ei tarvittu. Näin LiDAR (Light Detection and Ranging) toimii. Tietenkin ilman taikasauvaa!
demystifioidaan valontunnistus ja vaihteluväli. Toivottavasti tämän luettuasi siirryt nollasta LiDAR-sankariksi.
Lue lisää: Top 6 vapaat LiDAR – tietolähteet.
LiDAR 101
LiDAR on pohjimmiltaan etätekniikka. Lentokoneesta tai helikopterista LiDAR-järjestelmät lähettävät valoa maahan.
tämä pulssi osuu maahan ja palaa anturiin. Sitten se mittaa, kuinka kauan kestää, että valo palaa anturiin.
kirjaamalla paluuaika, näin LiDAR mittaa etäisyyttä. Itse asiassa juuri näin LiDAR sai nimensä-Valontunnistus ja mittaus.
miten LiDAR toimii
LiDAR on näytteenottoväline. Se lähettää yli 160 000 pulssia sekunnissa. Jokaista sekuntia kohden jokainen 1 metrin pikseli saa noin 15 pulssia. Tämän vuoksi LiDAR-pistepilvet luovat miljoonia pisteitä.
LiDAR-järjestelmät ovat tarkkoja, koska sitä ohjataan alustalla. Esimerkiksi tarkkuus on vain noin 15 cm pystysuunnassa ja 40 cm vaakasuunnassa.
kun lentokone kulkee ilmassa, LiDAR-yksiköt skannaavat maata sivulta toiselle. Vaikka jotkut pulssit ovat suoraan Nadirin alapuolella, useimmat pulssit kulkevat kulmassa (off-nadir). Kun LiDAR-järjestelmä laskee korkeussijainteja, se selittää myös kulman.
tyypillisesti lineaarisen LiDARin karhon leveys on 3 300 jalkaa. Mutta Geiger LiDARin kaltaiset uudet teknologiat voivat skannata 16 000 jalan leveyksiä. Tämän tyyppinen LiDAR voi peittää paljon leveämmät jalanjäljet verrattuna perinteiseen Lidariin.
mitä LiDAR voi tuottaa?
1. Palautusten määrä
Kuvittele vaeltavasi metsässä. Sitten katsot taivaalle. Jos näet valoa, tämä tarkoittaa, että LiDAR-pulssit voivat mennä myös läpi. Tämä tarkoittaa myös sitä, että LiDAR voi osua paljaaseen maahan tai lyhyeen kasvillisuuteen.
merkittävä määrä valoa läpäisee metsän latvuston aivan kuten auringonvalokin. LiDAR ei kuitenkaan välttämättä osu vain paljaaseen maahan. Metsäisellä alueella se voi heijastua eri puolille metsää, kunnes pulssi lopulta osuu maahan.
käyttämällä Lidaria paljaiden maakohtien saamiseksi ei läpivalaista kasvillisuuden läpi. Sen sijaan kurkistelet lehtien raoista. Kun se osuu oksille, saat useita osumia tai palautuksia.
2. Paluuluku
metsässä laserpulssi menee alaspäin. Kun valo osuu eri puolille metsää, saat ”palautusnumeron”. Esimerkiksi, saat 1., 2., 3. palaa kunnes se lopulta osuu paljaalle maalle. Jos tiellä ei ole metsää, se vain osuu maan pinnalle.
joskus valopulssi ei heijasta yhtä asiaa. Kuten puiden tapauksessa, yhdellä valopulssilla voi olla useita palautuksia. LiDAR-järjestelmät voivat tallentaa tietoa katoksen päältä katoksen läpi aina maahan asti. Tämä tekee Lidarista arvokkaan puiden rakenteen ja muodon tulkinnassa.
3. Digitaaliset korkeusmallit
digitaaliset korkeusmallit (DEM) ovat paljaan maan (topografisia) malleja maan pinnasta. Käyttämällä vain maa palaa, voit rakentaa DEM. Mutta tämä eroaa digitaalisista Maastomalleista (DTM), koska DTMs sisältää ääriviivat.
DEM: n avulla voi luoda lisätuotteita. Voit esimerkiksi luoda:
- kaltevuus (nousu tai lasku asteina tai prosentteina ilmaistuna)
- aspekti (kaltevuussuunta)
- Mäkivarjo (varjostettu kohokuvio ottaen huomioon valaistuskulman)
Lue lisää: Ilmainen Global DEM tietolähteitä.
4. Digitaaliset pintamallit
kuten olet oppinut, LiDAR kurkistaa metsän läpi. Lopulta valo saavuttaa maan. Sitten saamme paljaan maan palautuksen. Mutta entä ensimmäinen paluu, joka osuu puuhun?
digitaalinen pintamalli (DSM) sisältää korotuksia luonnollisista ja rakennetuista pinnoista. Se lisää esimerkiksi korkeutta rakennuksista, puiden latvustosta, voimalinjoista ja muista ominaisuuksista.
5. Kuomukorkeusmalli
Kuomukorkeusmallit (CHM) kertovat maanpinnan topografisten ominaisuuksien todellisen korkeuden. Kutsumme tätä korkeusmallia myös Normalisoiduksi digitaaliseksi Pintamalliksi (nDSM).
otetaan ensin DSM, joka sisältää luonnollisia ja rakennettuja piirteitä, kuten puita ja rakennuksia. Seuraavaksi vähennetään nämä korotukset paljaasta maasta (DEM). Kun vähennät kaksi, saat pinnan ominaisuuksia, jotka edustavat todellista korkeutta maasta.
6. Valon voimakkuus
LiDARin paluun voimakkuus vaihtelee paluun heijastavan pintakoostumuksen mukaan. Heijastavia prosentteja kutsutaan LiDAR-intensiteetiksi.
, mutta useat tekijät vaikuttavat valon voimakkuuteen. Esimerkiksi kantama, kohtauskulma, säde, vastaanotin ja pinnan koostumus (erityisesti) vaikuttavat valon voimakkuuteen. Esimerkiksi kun pulssia kallistetaan kauemmas, paluuenergia pienenee.
valovoima on erityisen hyödyllinen maankäytön/peittävyyden tuntomerkkien erottamisessa. Läpäisemättömät pinnat erottuvat esimerkiksi valovoimaisissa kuvissa. Tämän vuoksi valon voimakkuus on hyvä kuvan luokittelussa kuten objektipohjaisessa kuva-analyysissä.
7. Pisteluokitus
on olemassa joukko Luokituskoodeja, jotka American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS) antaa LiDAR-pisteluokitukselle.
luokkia voivat olla esimerkiksi maanpinta, kasvillisuus (matala, keskisuuri ja korkea), rakennus ja vesi jne. Joskus pisteluokitus voi kuulua useampaan kuin yhteen luokkaan. Jos näin on, myyjät yleensä merkitsevät nämä kohdat toisen asteen luokilla.
myyjät voivat luokitella LiDARin tai olla luokittelematta sitä. Koodit syntyvät heijastuneen laserpulssin avulla puoliautomaattisesti. Kaikki toimittajat eivät lisää tätä LAS-luokittelukenttää. Oikeastaan siitä sovitaan yleensä sopimuksessa etukäteen.
missä ovat avoimet ja ilmaiset LiDAR-lähteet?
LiDAR-tieto on harvinainen, arvokas resurssi. Mutta avointen dataohjelmien ansiosta ne ovat yhä laajemmin saatavilla.
joten missä on LiDARin data? Tässä on luettelo top 6 ilmainen LiDAR tietolähteitä voit saada hyppy-start haussa.
jos et löydä etsimääsi, joudut todennäköisesti ostamaan LiDAR-tiedot. Myyjät lentävät Lidaria yleensä kaupallisesti helikopterilla, lentokoneella ja dronella.
mitkä ovat LiDARin tyypit?
tarkastellaan LiDAR-järjestelmien tyyppejä. Ne eroavat toisistaan:
- jalanjäljen koko
- Aallonpituus
- sijainti
profilointi LiDAR
profilointi LiDAR oli ensimmäinen 1980-luvulla käytetty järjestelmä, joka erikoistui suoraviivaisiin ominaisuuksiin, kuten voimalinjoihin. Profilointi LiDAR lähettää yksittäisen pulssin yhdellä rivillä. Kiinteällä pohjalukemalla se mittaa korkeutta yhtä transektia pitkin.
pieni jalanjälki LiDAR
pieni jalanjälki LiDAR on se, mitä nykyään useimmiten käytetään. Se skannaa noin 20 asteen kulmassa. Sitten se liikkuu edestakaisin. Jos se menee yli 20 asteen, LiDAR-instrumentti saattaa alkaa nähdä puiden laidat sen sijaan, että se olisi suoraan alaspäin.
- Topografinen LiDAR kartoittaa maata tyypillisesti Lähi-infrapunavalolla.
- Bathymetric LiDAR käyttää veden läpäisevää vihreää valoa merenpohjan ja joenuoman korkeuksien mittaamiseen.
suuri jalanjälki LiDAR
suuri jalanjälki LiDAR käyttää kokonaisia aaltomuotoja 20 metrin jalanjäljellä. Sen tarkkuus on kuitenkin heikko, koska pulssin palautukseen voi sisältyä kalteva maasto. Kaksi merkittävää NASA: n koetta käytti tällaista LIDARIA:
- SLICER (Scanning Lidar Imager of Canopies by Echo Recovery)
- LVIS (Laser kasvillisuuden Kuvantamisanturi)
maassa oleva LiDAR
maassa oleva LiDAR istuu jalustalla ja skannaa aivopuoliskoa. Se on erityisen hyvä rakennusten skannaamiseen. Mutta sovelluksia on myös geologiassa, metsätaloudessa ja rakentamisessa.
Geigermoodin LiDAR
Geigermoodin LiDAR on edelleen kokemustilassa. Se on erikoistunut korkeuskuvaukseen. Koska se on erittäin laaja alue, se voi kattaa enemmän maata verrattuna muihin LiDAR.
LiDAR-järjestelmän komponentit
ilmassa olevassa Lidarissa on 4 pääosaa. Ne yhdessä tuottavat erittäin tarkkoja, käyttökelpoisia tuloksia:
LiDAR-anturit: lentokoneen kulkiessa anturit skannaavat maata sivulta toiselle. Pulssit ovat yleensä vihreitä tai lähi-infrapuna-alueita.
GPS-VASTAANOTTIMET: GPS-vastaanottimet seurata korkeus ja sijainti lentokoneen. Nämä radat ovat tärkeitä tarkkojen maasto-ja korkeusarvojen kannalta.
INERTIAMITTAUSYKSIKÖT (IMU): lentokoneiden kulkiessa IMUs seuraa sen kallistumista. LiDAR-järjestelmät käyttävät kallistusta pulssin kohtauskulman tarkkaan mittaamiseen.
tallentimet: kun LiDAR skannaa pintaa, tietokone tallentaa kaikki pulssin palautukset. Sitten nämä tallenteet käännetään korkeussijainteiksi.
täysi aaltomuoto vs diskreetti
LiDAR systems store LiDAR returns in two ways:
- täysi aaltomuoto
- diskreetti LiDAR
diskreetti LiDAR
Kuvittele LiDAR-pulssien pyyhkäisevän metsäisen alueen läpi. Saat 1., 2., 3. palautuksen, koska pulssi osuu useisiin haaroihin. Sitten saat suuren ja lopullisen pulssin paljaan maan paluusta.
kun tiedot tallennetaan erillisinä palautuksina, kyseessä on ”diskreetti return LiDAR”. Lyhyesti sanottuna diskreetti LiDAR ottaa jokaisen piikin ja erottaa jokaisen paluun.
täysi aaltomuoto LiDAR
kun tallennat koko paluun yhtenä jatkuvana aaltona, tämä on täysiaaltomuoto LiDAR. Joten, voit yksinkertaisesti laskea huiput, tämä tekee siitä diskreetti.
vaikka täyden aaltomuodon data on monimutkaisempaa, LiDAR on siirtymässä kohti täyttä aaltomuotojärjestelmää.
LiDAR-projektit ja-sovellukset
tämä luettelo LiDAR-käyttötarkoituksista ja-sovelluksista tuskin raapaisee pintaa. Esimerkiksi tässä muutamia tapoja, miten käytämme Lidaria nykyään:
metsätalous: Metsänhoitajat käyttävät Lidaria ymmärtääkseen paremmin puun rakennetta ja muotoa.
itseajavat autot: itseajavat autot käyttävät LiDAR-skanneria havaitakseen jalankulkijat, pyöräilijät, stop-merkit ja muut esteet.
Arkeologia: arkeologit etsivät LiDARin avulla maasta neliömäisiä kuvioita, jotka olivat mayojen ja egyptiläisten sivilisaatioiden rakentamia muinaisia rakennuksia ja pyramideja.
hydrologia:hydrologit määrittelevät Lidarista tulevat virtamäärät ja sivujoet.
Lue lisää: 100 maata järisyttävää Kaukokartoitussovellusta & käyttö
Yhteenveto: mikä on LiDAR?
Light Detection and Ranging (LiDAR) käyttää lasereita ominaisuuksien korkeuden mittaamiseen.
se on etäisyysteknologia, joka samplaa uskomattomalla tarkkuudella ja pisteillä.
se muistuttaa kaikuluotainta (ääniaaltoja) tai tutkaa (radioaaltoja), koska se lähettää pulssin ja mittaa palautumiseen kuluvan ajan. LiDAR on kuitenkin erilainen kuin kaikuluotain ja tutka, koska se käyttää valoa.
tässä LiDAR-oppaassa on tiivistetty valontunnistus ja vaihteluväli. Voit nyt pitää itseäsi LiDAR-guruna.