光検出と測距（LiDAR）とは何ですか？
どうやって魔法の杖を振って、突然すべてがあなたからどれくらい離れているかを知りたいですか？
魔法の杖は必要ありませんでした。 これがLiDAR（光検出と測距）の仕組みです。 もちろん、魔法の杖なし！
光の検出と測距を分かりやすく説明しましょう。 うまくいけば、これを読んだ後、あなたはゼロからLiDARヒーローに行くでしょう。
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LiDAR101
LiDARは基本的に距離技術です。 飛行機やヘリコプターから、LiDARシステムは地面に光を送ります。
このパルスは地面に当たり、センサーに戻ります。 次に、光がセンサーに戻るのにかかる時間を測定します。
戻り時間を記録することにより、LiDARは距離を測定する方法です。 実際、これはLiDARがその名前を得た方法でもあります–光検出と測距。
LiDARの仕組み
LiDARはサンプリングツールです。 私がそれによって意味する何を毎秒160,000の脈拍に送ることである。 毎秒、各1メートルピクセルは約15パルスを取得します。 これが、LiDAR点群が何百万もの点を作成する理由です。
LiDARシステムはプラットフォームで制御されているため、非常に正確です。 たとえば、精度は垂直方向に約15cm、水平方向に約40cmです。
飛行機が空中を移動すると、LiDARユニットは地面を左右にスキャンします。 いくつかのパルスは天底の真下にありますが、ほとんどのパルスは斜めに移動します（天底以外）。 したがって、LiDARシステムが仰角を計算するとき、それは角度も考慮します。
通常、線形LiDARの帯幅は3,300ftです。 しかし、ガイガー LiDARのような新技術は、16,000フィートの幅をスキャンすることができます。 このタイプのLiDARは、従来のLiDARに比べてはるかに広いフットプリントをカバーできます。
LiDARは何を生成できますか？
1. リターン数
そして、あなたは空を見上げます。 あなたが光を見ることができれば、これはLiDARパルスも通過することができることを意味します。 また、これはLiDARが裸地や短い植生に当たることを意味します。
太陽光のようにかなりの量の光が森林の天蓋を貫通することができます。 しかし、LiDARは必ずしも裸の地面に当たるだけではありません。 森林に覆われた地域では、パルスが最終的に地面に当たるまで、森林のさまざまな部分を反射することができます。
LiDARを使用して裸地点を取得することで、植生をx線で撮影することはできません。 代わりに、あなたは本当に葉の隙間を覗いています。 それが分岐に当たったとき、あなたは複数のヒットまたはリターンを得ます。
2. リターン数
森の中では、レーザーパルスが下向きになります。 光が森のさまざまな部分に当たったとき、あなたは”戻り番号”を取得します。 たとえば、最終的に裸の地面に当たるまで、1st、2nd、3rdの戻り値を取得します。 途中に森がなければ、地面にぶつかるだけです。
時には光のパルスが一つのことから反射しないことがあります。 木の場合と同様に、一つの光パルスは複数のリターンを持つことができます。 LiDARシステムは、キャノピーの上部からキャノピーを通って地面までのすべての方法で情報を記録することができます。 これにより、LiDARは森林の構造と樹木の形状を解釈するのに役立ちます。
3. デジタル標高モデル
デジタル標高モデル（DEM）は、地球の表面の裸地（地形）モデルです。 グラウンドリターンのみを使用することで、DEMを構築できます。 しかし、Dtmにはコンターが組み込まれているため、これはデジタルテレインモデル（DTM）とは異なります。
DEMを使用すると、追加の製品を生成できます。 たとえば、次のように作成できます:
- 傾斜(度またはパーセントで表される上昇または下降)
- アスペクト(傾斜方向)
- 陰影起伏(照明角度を考慮した陰影起伏)
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4. デジタルサーフェスモデル
あなたが学んだように、LiDARは森の中を仲間にします。 最終的には、光が地面に到達します。 その後、我々は裸の地球のリターンを取得します。 しかし、木に当たった最初のリターンはどうですか？
デジタルサーフェスモデル(DSM)には、自然面と構築面からの標高が組み込まれています。 たとえば、建物、木の天蓋、電力線、およびその他のフィーチャからの標高を追加します。
5. キャノピー高さモデル
キャノピー高さモデル（CHM）は、地面の地形の真の高さを与えます。 また、このタイプの標高モデルを正規化されたデジタルサーフェスモデル（nDSM）と呼びます。
まず、木や建物のような自然と構築された機能を含むDSMを取ります。 次に、これらの標高を裸地（DEM）から減算します。 この2つを減算すると、地面からの実際の高さを表すフィーチャのサーフェスが得られます。
6. 光強度
LiDARリターンの強さは、リターンを反映するサーフェスオブジェクトの組成によって異なります。 反射率は、Ｌｉｄａｒ強度と呼ばれる。
しかし、いくつかの要因が光強度に影響を与えます。 たとえば、範囲、入射角、ビーム、受信機、および表面組成（特に）は、光強度に影響します。 一例は、パルスがさらに遠くに傾くと、戻りエネルギーが減少することである。
光強度は、土地利用/カバーの特徴を区別するのに特に有用である。 例えば、光強度の画像では、不浸透性の表面が目立つ。 このため、オブジェクトベースの画像解析のような画像分類には、光強度が適しています。
7. ポイント分類
アメリカ写真測量リモートセンシング協会(ASPRS)がLiDARポイント分類に割り当てる分類コードのセットがあります。
たとえば、クラスには地面、植生（低、中、高）、建物、水などを含めることができます。 場合によっては、ポイント分類が複数のカテゴリに分類されることがあります。 この場合、ベンダーは通常、これらの点にセカンダリクラスをフラグ付けします。
ベンダーはLiDARを分類する場合と分類しない場合があります。 コードは半自動方法の反映されたレーザーの脈拍によって発生する。 すべての仕入先がこのLAS分類項目を追加するわけではありません。 実際には、それは通常、事前に契約で合意されています。
オープンで無料のLiDARソースはどこにありますか？
LiDARデータは希少で貴重なリソースです。 しかし、オープンデータプログラムのおかげで、彼らはより広く利用可能になってきています。
では、LiDARデータはどこにありますか？ ここでは、検索のジャンプスタートを得るためのトップ6の無料LiDARデータソースのリストです。探しているものが見つからない場合は、ほとんどの場合、LiDARデータを購入する必要があります。 ベンダーは、一般的にヘリコプター、飛行機、および無人機で商業的にLiDARを飛行します。
LiDARの種類は何ですか？
LiDARシステムの種類を調べてみましょう。 彼らは異なる:
- フットプリントのサイズ
- 波長
- 位置アライメント
Profiling LiDAR
Profiling LiDARは、1980年代に初めて使用されたシステムで、電力線などの直線機能に特化しています。 Lidarのプロファイリングは、一つの行に個々のパルスを送信します。 固定天底では、単一のトランセクトに沿って高さを測定します。
小さなフットプリントLiDAR
小さなフットプリントLiDARは、私たちが今日主に使用しているものです。 それは約20度のスキャン角度でスキャンします。 その後、それは前後に移動します。 それが20度を超えた場合、LiDAR機器はまっすぐ下ではなく木の側面を見始めるかもしれません。
- 地形LiDARは、通常、近赤外光を使用して土地をマッピングします。
- 海底LiDARは、透水性の緑色光を使用して海底および河床の標高を測定します。
Large Footprint LiDAR
Large footprint LiDARは、20mのフットプリントを持つフル波形を使用します。 しかし、パルスリターンには傾斜した地形が含まれる可能性があるため、精度は低いです。 NASAからの二つの注目すべき実験は、LIDARのこのタイプを使用しました:
- スライサー（エコー回復による天蓋の走査ライダーイメージャ）
- LVIS（レーザー植生イメージングセンサー)
地上のLiDAR
地上のLiDARは三脚に座って半球をスキャンする。 それは建物をスキャンするために特によいです。 しかし、地質学、林業、建設にも応用があります。
ガイガーモードLiDAR
ガイガーモードLiDARはまだ経験的な状態です。 しかし、それは高高度のスキャンに特化しています。 それは非常に広い帯幅を持っているので、それは他のタイプのLiDARと比較してより多くの地面をカバーすることができます。
lidarシステムコンポーネント
空中LiDARには4つの主要な部分があります。
LiDARセンサー:飛行機が移動するにつれて、センサーは地面を左右にスキャンします。 パルスは、一般的に緑色または近赤外帯にあります。
: GPS受信機は、飛行機の高度と位置を追跡します。 これらのトラックは正確な地勢および高度の価値のために重要である。
慣性測定単位(IMU):飛行機が移動すると、Imuはその傾きを追跡します。 LiDARシステムは、傾きを使用してパルスの入射角を正確に測定します。
データレコーダー:LiDARが表面をスキャンすると、コンピュータはすべてのパルス戻り値を記録します。 その後、これらの録音は標高に変換されます。
フル波形とディスクリート
LiDARシステムは、LiDARリターンを二つの方法で保存します:
- フル波形
- ディスクリートLiDAR
Discrete LiDAR
LiDARパルスが森林地帯をスキャンしていると想像してみてください。 パルスが複数の分岐に当たるため、1番目、2番目、3番目の戻り値が得られます。 それから、裸の地面のリターンによって大きく、最終的な脈拍を得ます。
データを個別のリターンとして記録する場合、これは”離散リターンLiDAR”です。 要するに、離散LiDARは各ピークを取り、各リターンを分離します。
フル波形LiDAR
リターン全体を一つの連続波として記録すると、これはフル波形LiDARです。 だから、あなたは単にピークを数えます、これはそれを離散的にします。
フル波形データはより複雑ですが、LiDARはフル波形システムに向かっています。
LiDARプロジェクトとアプリケーション
このLiDARの使用とアプリケーションのリストは、表面をほとんど傷つけません。 たとえば、今日LiDARを使用する方法は次のとおりです。
FORESTRY: 林業者は、木の構造と形状をよりよく理解するためにLiDARを使用します。
自動運転車：自動運転車は、歩行者、自転車、停止標識、およびその他の障害物を検出するためにLiDARスキャナを使用します。
考古学:考古学者はLiDARを使用して、マヤ文明とエジプト文明によって建てられた古代の建物とピラミッドである地面に正方形の模様を見つける。
水文学:水文学者は、LiDARからの流れの注文と支流を描写する。
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概要：LiDARとは何ですか？
Light Detection and Ranging(LiDAR)はレーザーを使用してフィーチャの標高を測定します。
それは信じられないほどの精度とポイントでサンプリングする距離技術です。
パルスを送り、戻るまでの時間を測定するので、ソナー（音波）やレーダー（電波）に似ています。 しかし、LiDARは光を使用するため、ソナーやレーダーとは異なります。
このLiDARガイドを使用して光の検出と測距をまとめました。 あなたは今、自分自身をLiDARの第一人者と考えることができます。