What is Light Detection and Ranging (LiDAR)?
hoe zou u het vinden om met uw Toverstaf te zwaaien en plotseling te ontdekken hoe ver alles van u verwijderd is?
er waren geen toverstokjes nodig. Zo werkt LiDAR (Light Detection and Ranging). Natuurlijk, zonder de toverstaf!
laten we de lichtdetectie en-spreiding demystificeren. Hopelijk, na het lezen van dit, ga je van nul naar een LiDAR held.
Lees meer: Top 6 gratis LiDAR-gegevensbronnen.
LiDAR 101
LiDAR is een technologie op afstand. Vanuit een vliegtuig of helikopter sturen LiDAR-systemen licht naar de grond.
deze puls raakt de grond en keert terug naar de sensor. Vervolgens meet het hoe lang het duurt voordat het licht terugkeert naar de sensor.
door de retourtijd op te nemen, meet LiDAR de afstand. In feite, dit is ook hoe LiDAR kreeg zijn naam – licht detectie en variërend.
hoe LiDAR werkt
LiDAR is een sampling tool. Wat ik daarmee bedoel is dat het meer dan 160.000 pulsen per seconde verstuurt. Voor elke seconde krijgt elke pixel van 1 meter ongeveer 15 pulsen. Dit is de reden waarom LiDAR point clouds miljoenen punten creëren.
LiDAR systemen zijn zeer nauwkeurig omdat het wordt bestuurd in een platform. De nauwkeurigheid is bijvoorbeeld slechts ongeveer 15 cm verticaal en 40 cm horizontaal. Als een vliegtuig in de lucht vliegt, scannen LiDAR-eenheden de grond van links naar rechts. Terwijl sommige pulsen direct onder nadir zullen zijn, reizen de meeste pulsen onder een hoek (off-nadir). Dus als een LiDAR systeem de hoogte berekent, is dat ook de hoek.
lineaire LiDAR heeft een zwadbreedte van 3.300 ft. Maar nieuwe technologieën zoals Geiger LiDAR kunnen breedtes van 16.000 ft scannen. Dit type LiDAR kan veel bredere voetafdrukken te dekken in vergelijking met traditionele LiDAR.
wat kan LiDAR genereren?
1. Aantal keren
stel je voor dat je in een bos wandelt. Dan kijk je omhoog naar de hemel. Als je licht kunt zien, betekent dit dat LiDAR-pulsen er ook doorheen kunnen. Dit betekent ook dat LiDAR de kale aarde of korte vegetatie kan raken.
een aanzienlijke hoeveelheid licht doordringt het bladerdak net als zonlicht. Maar LiDAR zal niet per se alleen de kale grond raken. In een bebost gebied, kan het reflecteren op verschillende delen van het bos tot de puls eindelijk de grond raakt.
door LiDAR te gebruiken om kale grondpunten te krijgen, maak je geen röntgenfoto ‘ s door de vegetatie. In plaats daarvan kijk je echt door de gaten in de bladeren. Wanneer het de takken raakt, krijg je meerdere hits of retourneert.
2. Return Number
In een bos gaat de laserpuls naar beneden. Als het licht verschillende delen van het bos raakt, krijg je het “return number”. Bijvoorbeeld, je krijgt de 1e, 2e, 3e returns totdat het eindelijk de kale grond raakt. Als er geen bos in de weg staat, zal het gewoon de grond raken.
soms reflecteert een lichtpuls niet op één ding. Net als bij bomen, kan één lichtpuls meerdere keren terugkeren. LiDAR-systemen kunnen informatie registreren vanaf de bovenkant van de luifel tot aan de grond. Dit maakt LiDAR waardevol voor het interpreteren van de bosstructuur en vorm van de bomen.
3. Digitale hoogtemodellen
digitale hoogtemodellen (DEM) zijn topografische modellen van het aardoppervlak. Door alleen grondteruggaven te gebruiken, kun je een DEM bouwen. Maar dit verschilt van Digital Terrain Models (DTM) omdat DTM ‘ s contouren bevatten.
met behulp van een DEM kunt u extra producten genereren. U kunt bijvoorbeeld:
- helling (stijging of daling uitgedrukt in graden of procent)
- Aspect (hellingsrichting)
- Hillshade (schaduw reliëf rekening houdend met verlichtingshoek)
Lees verder: Kosteloos wereldwijde DEM gegevensbronnen.
4. Digitale oppervlaktemodellen
zoals u hebt geleerd, gelijkt LiDAR door het bos. Uiteindelijk bereikt het licht de grond. Dan krijgen we een kale aarde terug. Maar hoe zit het met de eerste terugkeer die de boom raakt?
een digitaal Oppervlaktemodel (DSM) bevat verhogingen van natuurlijke en gebouwde oppervlakken. Bijvoorbeeld, het voegt hoogte van gebouwen, boom luifel, powerlines, en andere functies.
5. Canopy Height Model
Canopy Height Models (CHM) geven u de werkelijke hoogte van topografische kenmerken op de grond. We noemen dit type hoogtemodel ook een genormaliseerd digitaal Oppervlaktemodel (NDSM).
neem eerst de DSM die natuurlijke en gebouwde kenmerken zoals bomen en gebouwen omvat. Trek vervolgens deze hoogten af van de kale aarde (DEM). Als je de twee aftrekt, krijg je een oppervlak van functies die de werkelijke hoogte van de grond vertegenwoordigt.
6. Lichtintensiteit
de sterkte van de returns van LiDAR varieert met de samenstelling van het object dat de return weergeeft. De reflecterende percentages worden LiDAR-intensiteit genoemd.
maar verschillende factoren beïnvloeden de lichtintensiteit. Het bereik, de invallende hoek, de bundel, de ontvanger en de oppervlaktesamenstelling hebben (vooral) invloed op de lichtintensiteit. Een voorbeeld is dat wanneer de puls verder weg wordt gekanteld, de retourenergie afneemt.
lichtintensiteit is bijzonder nuttig voor het onderscheiden van kenmerken in landgebruik/bedekking. Ondoordringbare oppervlakken vallen bijvoorbeeld op in lichtintensiteitsbeelden. Dit is de reden waarom lichtintensiteit goed is voor beeldclassificatie zoals object-gebaseerde beeldanalyse.
7. Puntenclassificatie
De American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS) kent een aantal classificatiecodes toe voor LiDAR-puntenclassificatie.
de klassen kunnen bijvoorbeeld grond, vegetatie (laag, gemiddeld en hoog), bouw en water omvatten, enz. Soms kan de puntenclassificatie in meer dan één categorie vallen. Als dit het geval is, markeren leveranciers deze punten meestal met secundaire klassen.
verkopers kunnen LiDAR al dan niet classificeren. De codes worden semi-automatisch gegenereerd door de gereflecteerde laserpuls. Niet alle leveranciers voegen dit las classificatieveld toe. Eigenlijk is het meestal afgesproken in het contract van tevoren.
waar zijn open en gratis LiDAR bronnen?
LiDAR-gegevens zijn een zeldzame, kostbare bron. Maar dankzij open Data programma ‘ s worden ze steeds breder beschikbaar.
dus waar zijn de LiDAR-gegevens? Hier is een lijst van de top 6 gratis LiDAR gegevensbronnen voor u om een jump-start op uw zoekopdracht te krijgen.
als u niet kunt vinden wat u zoekt, dan zult u hoogstwaarschijnlijk LiDAR-gegevens moeten kopen. Verkopers vliegen over het algemeen LiDAR commercieel per helikopter, vliegtuig en drone.
Wat zijn de soorten LiDAR?
laten we de soorten LiDAR-systemen onderzoeken. Ze verschillen in:
- grootte van de voetafdruk
- golflengte
- positionele uitlijning
profilering LiDAR
profilering LiDAR was het eerste systeem dat ooit werd gebruikt in de jaren tachtig. Het profileren van LiDAR zendt een individuele puls uit in één lijn. Op een vast nadir meet hij de hoogte langs een enkel transect.
kleine voetafdruk LiDAR
kleine voetafdruk LiDAR is wat we tegenwoordig meestal gebruiken. Het scant op ongeveer een 20 graden scanhoek. Dan gaat het achteruit en vooruit. Als het boven de 20 graden gaat, kan het LiDAR-instrument de zijkanten van bomen zien in plaats van recht naar beneden.
- topografische LiDAR brengt het land in kaart met bijna-infrarood licht.
- Bathymetric LiDAR gebruikt waterdoorlatend groen licht om de zeebodem en rivierbeddingen te meten.
LiDAR met grote voetafdruk
LiDAR met grote voetafdruk gebruikt volledige golfvormen met een voetafdruk van 20m. Maar de nauwkeurigheid is laag omdat de puls return hellend terrein kan omvatten. Twee opmerkelijke experimenten van NASA gebruikten dit type LIDAR:
- SLICER (scanning Lidar Imager of Canopies by Echo Recovery)
- LVIS (Laser Vegetation Imaging Sensor)
LiDAR op de grond
LiDAR op de grond zit op een driepoot en scant het halfrond. Het is vooral goed voor het scannen van gebouwen. Maar er zijn ook toepassingen in de geologie, bosbouw en bouw.
Geiger-mode LiDAR
Geiger-mode LiDAR is nog steeds in een experiëntiële toestand. Maar het is gespecialiseerd in het scannen op grote hoogte. Omdat het een extreem brede strook heeft, kan het meer grond bedekken dan andere soorten LiDAR.
LiDAR-systeemcomponenten
er zijn vier hoofdonderdelen van een airborne LiDAR. Ze werken samen om zeer nauwkeurige, bruikbare resultaten te produceren:
LiDAR-sensoren: terwijl het vliegtuig reist, scannen sensoren de grond van links naar rechts. De pulsen zijn meestal in groene of nabij-infrarood banden.
GPS-ONTVANGERS: GPS-ontvangers volgen de hoogte en locatie van het vliegtuig. Deze tracks zijn belangrijk voor nauwkeurige terreinwaarden en hoogtewaarden.
INERTIAL MEASUREMENT UNITS (IMU): terwijl vliegtuigen reizen, volgt IMUs zijn helling. LiDAR-systemen gebruiken tilt om de invallende hoek van de puls nauwkeurig te meten.
GEGEVENSRECORDERS: als LiDAR het oppervlak scant, registreert een computer alle pulsrecorders. Dan, deze opnames worden vertaald in elevation.
volledige golfvorm vs Discrete
LiDAR-systemen slaan LiDAR op op twee manieren terug:
- volledige golfvorm
- Discrete LiDAR
Discrete LiDAR
stel je LiDAR-pulsen voor die door een bebost gebied scannen. Je krijgt 1st, 2nd, 3rd returns omdat de puls meerdere takken raakt. Dan krijg je een grote en laatste puls door de kale grond terugkeer.
wanneer u de gegevens als afzonderlijke returns opneemt, is dit “discrete return LiDAR”. Kortom, discrete LiDAR neemt elke piek en scheidt elke terugkeer.
volledige golfvorm LiDAR
wanneer u de gehele return als een continue golf opneemt, is dit volledige golfvorm LiDAR. Dus tel je gewoon de pieken, dit maakt het discreet.
hoewel volledige golfvormgegevens ingewikkelder zijn, evolueert LiDAR naar een volledig golfvormsysteem.
LiDAR-projecten en-toepassingen
deze lijst van LiDAR-toepassingen en-toepassingen maakt nauwelijks indruk. Bijvoorbeeld, hier zijn enkele manieren hoe we LiDAR vandaag gebruiken:
bosbouw: Boswachters gebruiken LiDAR om de structuur en vorm van de boom beter te begrijpen.
zelfrijdende auto ‘s: zelfrijdende auto’ s gebruiken LiDAR-scanner om voetgangers, fietsers, stopborden en andere obstakels te detecteren.Archeologie: archeologen gebruiken LiDAR om vierkante patronen in de grond te vinden, oude gebouwen en piramides gebouwd door Maya ‘ s en Egyptische beschavingen.
hydrologie: hydrologen definiëren stroomorden en zijrivieren van LiDAR.
Lees verder: 100 aardverschuivende toepassingen voor teledetectie & gebruik
samenvatting: Wat is LiDAR?
Light Detection and Ranging (LiDAR) maakt gebruik van lasers om de hoogte van kenmerken te meten.
Het is een afstandstechnologie die monsters neemt met een ongelooflijke hoeveelheid nauwkeurigheid en punten.
Het is vergelijkbaar met sonar (geluidsgolven) of radar (radiogolven) omdat het een puls stuurt en de tijd meet die nodig is om terug te keren. Maar LiDAR is anders dan sonar en radar omdat het licht gebruikt.
we hebben lichtdetectie samengevat met deze Lidar-gids. Je kunt jezelf nu beschouwen als een LiDAR goeroe.