mi a fényérzékelés és távolságmérés (LiDAR)?
mit szólnál ahhoz, ha lengetnéd a varázspálcádat, és hirtelen megtudnád, milyen messze van tőled minden?
nem volt szükség varázspálcára. Így működik a LiDAR (Light Detection and Ranging). Természetesen a varázspálca nélkül!
demisztifikáljuk a fényérzékelést és a távolságtartást. Remélhetőleg, miután elolvasta ezt, nullától LiDAR hőssé válik.
Olvass tovább: Top 6 ingyenes LiDAR adatforrások.
LiDAR 101
a LiDAR alapvetően távolsági technológia. Repülőgépről vagy helikopterről a LiDAR rendszerek fényt küldenek a földre.
ez az impulzus eléri a talajt, és visszatér az érzékelőhöz. Ezután méri, mennyi ideig tart, amíg a fény visszatér az érzékelőhöz.
a visszatérési idő rögzítésével a LiDAR így méri a távolságot. Valójában a LiDAR is így kapta a nevét-fényérzékelés és távolságmérés.
hogyan működik a LiDAR
a LiDAR egy mintavételi eszköz. Ez alatt azt értem, hogy másodpercenként több mint 160 000 impulzust küld. Minden másodpercben minden 1 méteres pixel körülbelül 15 impulzust kap. Ez az oka annak, hogy a LiDAR pontfelhők millió pontot hoznak létre.
a LiDAR rendszerek nagyon pontosak, mert egy platformon vezérlik. Például a pontosság függőlegesen csak körülbelül 15 cm, vízszintesen pedig 40 cm.
ahogy egy repülőgép a levegőben halad, a LiDAR egységek oldalról oldalra pásztázzák a talajt. Míg néhány impulzus közvetlenül a mélypont alatt lesz, a legtöbb impulzus szögben halad (mélyponton kívül). Tehát amikor egy LiDAR rendszer kiszámítja a magasságot, akkor a szöget is figyelembe veszi.
A lineáris LiDAR általában 3300 láb szélességű. De az olyan új technológiák, mint a Geiger LiDAR, 16 000 láb szélességet tudnak beolvasni. Ez a fajta LiDAR sokkal szélesebb lábnyomokat képes lefedni a hagyományos Lidarhoz képest.
mit generálhat a LiDAR?
1. Visszatérések száma
Képzeld el, hogy túrázol egy erdőben. Aztán felnézel az égre. Ha fényt lát, ez azt jelenti, hogy a LiDAR impulzusok is áthaladhatnak. Ez azt is jelenti, hogy a LiDAR elérheti a csupasz földet vagy a rövid növényzetet.
jelentős mennyiségű fény hatol be az erdei lombkoronába, akárcsak a napfény. De LiDAR nem feltétlenül csak a csupasz talajt érinti. Erdős területen visszatükrözheti az erdő különböző részeit, amíg az impulzus végül a földre nem ér.
ha a LiDAR segítségével csupasz talajpontokat kap, akkor nem röntgenezi át a növényzetet. Ehelyett tényleg a levelek résein kukucskálsz. Amikor eléri az ágakat, több találatot vagy visszatérést kap.
2. Visszatérési szám
egy erdőben a lézerimpulzus lefelé megy. Amikor a fény eléri az erdő különböző részeit, megkapja a “visszatérési számot”. Például megkapja az 1., 2., 3. visszatérést, amíg végül el nem éri a csupasz talajt. Ha nincs erdő az útban, akkor csak a talaj felszínét érinti.
néha a fényimpulzus nem tükröződik le egy dolgot. Mint a fák esetében, egy fényimpulzusnak több visszatérése is lehet. A LiDAR rendszerek a lombkorona tetejétől kezdve a lombkoronán keresztül egészen a földig képesek rögzíteni az információkat. Ez teszi a Lidart értékessé az erdő szerkezetének és a fák alakjának értelmezésében.
3. Digitális magassági modellek
A digitális magassági modellek (Dem) a Föld felszínének csupasz föld (topográfiai) modelljei. Segítségével csak földi visszatér, meg lehet építeni egy DEM. De ez különbözik a digitális Terepmodellektől (DTM), mert a DTM-ek kontúrokat tartalmaznak.
A DEM használatával további termékeket hozhat létre. Például létrehozhat:
- lejtés (emelkedés vagy esés fokban vagy százalékban kifejezve)
- szempont (lejtés iránya)
- Dombernyő (árnyékolt dombormű a megvilágítási szög figyelembevételével)
Olvass tovább: Ingyenes Globális dem adatforrások.
4. Digitális Felületmodellek
mint megtudtad, a LiDAR az erdőn keresztül társalog. Végül a fény eléri a földet. Aztán kapunk egy csupasz föld visszatérést. De mi a helyzet az első visszatéréssel, amely eléri a fát?
A digitális felületmodell (DSM) magában foglalja a természetes és épített felületek magasságát. Például növeli az épületek, a fa lombkorona, a powerlines és más funkciók magasságát.
5. Lombkorona magasság modell
a lombkorona magasság modellek (CHM) megadják a talaj topográfiai jellemzőinek valódi magasságát. Ezt a magassági modellt normalizált digitális felületi modellnek (nDSM) is nevezzük.
először vegyük a DSM-et, amely magában foglalja a természetes és épített jellemzőket, például a fákat és az épületeket. Ezután vonja le ezeket a magasságokat a csupasz földről (DEM). Ha kivonja a kettőt, olyan tulajdonságok felületét kapja, amelyek valódi magasságot képviselnek a talajtól.
6. Fényintenzitás
a LiDAR visszatérésének erőssége a visszatérést tükröző felületi tárgy összetételétől függ. A fényvisszaverő százalékokat LiDAR intenzitásnak nevezzük.
de számos tényező befolyásolja a fény intenzitását. Például a tartomány, a beesési szög, a sugár, a Vevő és a felület összetétele (különösen) befolyásolja a fény intenzitását. Példa erre, ha az impulzus távolabb van, a visszatérő energia csökken.
a fényintenzitás különösen hasznos a földhasználat/borítás jellemzőinek megkülönböztetésében. Például az áthatolhatatlan felületek kiemelkednek a fényintenzitású képeken. Ez az oka annak, hogy a fényintenzitás jó a képosztályozáshoz, például az objektumalapú képelemzéshez.
7. Pontosztályozás
vannak olyan osztályozási kódok, amelyeket az amerikai fotogrammetriai és Távérzékelési Társaság (ASPRS) rendel a LiDAR pontosztályozáshoz.
például az osztályok közé tartozik a talaj, a növényzet (alacsony, közepes és magas), az épület és a víz stb. Néha a pontosztályozás több kategóriába is sorolható. Ebben az esetben a gyártók ezeket a pontokat általában másodlagos osztályokkal jelölik meg.
a gyártók osztályozhatják vagy nem osztályozhatják a LiDAR-t. A kódokat a visszavert lézerimpulzus félautomata módon generálja. Nem minden gyártó adja hozzá ezt a LAS osztályozási mezőt. Valójában általában a szerződésben előzetesen megállapodnak.
hol vannak a nyílt és ingyenes LiDAR források?
a LiDAR adatok ritka, értékes erőforrások. De a nyílt adatprogramoknak köszönhetően egyre szélesebb körben elérhetővé válnak.
tehát hol vannak a LiDAR adatok? Itt van egy lista a tetejéről 6 ingyenes LiDAR adatforrások az Ön számára, hogy elindítsa a keresést.
ha nem találja, amit keres, akkor valószínűleg meg kell vásárolnia a LiDAR adatokat. Az eladók általában helikopterrel, repülőgéppel és drónnal repülnek a LiDAR kereskedelmi forgalomban.
milyen típusú LiDAR?
vizsgáljuk meg a LiDAR rendszerek típusait. Ezek különböznek:
- lábnyom mérete
- hullámhossz
- helyzeti igazítás
profilozás LiDAR
profilozás LiDAR volt az első rendszer, amelyet az 1980-as években használtak. A LiDAR profilozása egyedi impulzust küld egy sorban. Rögzített mélypontnál a magasságot egyetlen transzekt mentén méri.
Kis lábnyom LiDAR
Kis lábnyom LiDAR az, amit leginkább ma használunk. Körülbelül 20 fokos szkennelési szögben szkennel. Ezután előre-hátra mozog. Ha meghaladja a 20 fokot, a LiDAR műszer elkezdheti látni a fák oldalát, nem pedig egyenesen lefelé.
- topográfiai LiDAR feltérképezi a földet, jellemzően közeli infravörös fény segítségével.
- a Bathymetric LiDAR vízzel átható zöld fényt használ a tengerfenék és a folyómeder magasságának mérésére.
nagy lábnyom LiDAR
nagy lábnyom a LiDAR teljes hullámformákat használ 20 méteres lábnyommal. De pontossága alacsony, mert az impulzus visszatérése magában foglalhatja a lejtős terepet. A NASA két figyelemre méltó kísérlete használta ezt a típusú LIDART:
- szeletelő (szkennelés Lidar Imager előtetők Echo Recovery)
- LVIS (lézeres növényzet képalkotó érzékelő)
földi LiDAR
földi LiDAR állványon ül, és letapogatja a féltekét. Különösen jó az épületek szkenneléséhez. De vannak alkalmazások a geológiában, az erdészetben és az építőiparban is.
Geiger – mód LiDAR
a Geiger-mód LiDAR még mindig tapasztalati állapotban van. De nagy magasságú szkennelésre specializálódott. Mivel rendkívül széles rendje van, több talajt képes lefedni a többi LiDAR típushoz képest.
LiDAR rendszerelemek
a levegőben lévő LiDAR 4 fő része van. Együtt dolgoznak, hogy rendkívül pontos, használható eredményeket hozzanak létre:
LiDAR érzékelők: ahogy a repülőgép halad, az érzékelők oldalról oldalra pásztázzák a talajt. Az impulzusok általában zöld vagy közeli infravörös sávokban vannak.
GPS-VEVŐK: A GPS-vevők nyomon követik a repülőgép magasságát és helyét. Ezek a pályák fontosak a pontos terepi és magassági értékek szempontjából.
inerciális mértékegységek (IMU): ahogy a repülőgépek utaznak, az IMU-k nyomon követik annak dőlését. A LiDAR rendszerek dőlésszöget használnak az impulzus beeső szögének pontos mérésére.
adatrögzítők: amint a LiDAR átvizsgálja a felületet, a számítógép rögzíti az összes impulzus visszatérését. Azután, ezeket a felvételeket lefordítják magasságba.
teljes hullámforma vs diszkrét
LiDAR rendszerek tárolása a LiDAR kétféle módon tér vissza:
- teljes hullámforma
- diszkrét LiDAR
diszkrét LiDAR
képzelje el, hogy LiDAR impulzusok pásztáznak egy erdős területen. 1., 2., 3. visszatérést kap, mert az impulzus több ágat ér el. Ezután nagy és végső impulzust kap a csupasz talaj visszatérésével.
amikor az adatokat külön visszatérésként rögzíti, ez a “diszkrét visszatérési LiDAR”. Röviden, diszkrét LiDAR veszi minden csúcs és elválasztja minden visszatérés.
teljes hullámforma LiDAR
ha a teljes visszatérést egy folyamatos hullámként rögzíti, akkor ez teljes hullámforma LiDAR. Tehát egyszerűen megszámolja a csúcsokat, ez diszkrétvé teszi.
annak ellenére, hogy a teljes hullámforma adatok bonyolultabbak, a LiDAR egy teljes hullámforma rendszer felé halad.
LiDAR projektek és alkalmazások
ez a LiDAR alkalmazások és alkalmazások listája alig karcolja meg a felületet. Például itt van néhány módja annak, hogyan használjuk a LiDAR-t ma:
erdészet: Az erdészek a LiDAR – t használják a fa szerkezetének és alakjának jobb megértéséhez.
önvezető autók: az önvezető autók LiDAR szkennert használnak a gyalogosok, kerékpárosok, stoptáblák és egyéb akadályok észlelésére.
régészet: a régészek a LiDAR segítségével négyzet alakú mintákat találtak a földben, amelyek ősi épületek és piramisok voltak, amelyeket Maja és Egyiptomi civilizációk építettek.
hidrológia: a hidrológusok meghatározzák a LiDAR patakrendjeit és mellékfolyóit.
További információ: 100 föld-megrázó távérzékelő alkalmazás & felhasználás
összefoglaló: mi az a LiDAR?
A Light Detection and Ranging (LiDAR) lézereket használ a jellemzők magasságának mérésére.
ez egy távolságtechnológia, amely hihetetlen pontossággal és pontokkal mintát vesz.
hasonló a szonárhoz (hanghullámok) vagy a radarhoz (rádióhullámok), mert impulzust küld és méri a visszatéréshez szükséges időt. De a LiDAR más, mint a szonár és a radar, mert fényt használ.
ezzel a LiDAR útmutatóval összefoglaltuk a fényérzékelést és a távolságtartást. Most már LiDAR gurunak tekintheti magát.