co to jest light Detection and Ranging (LiDAR)?
chciałbyś pomachać magiczną różdżką i nagle dowiedzieć się, jak daleko wszystko jest od Ciebie?
żadne magiczne różdżki nie były konieczne. Tak działa LiDAR (Light Detection and Ranging). Oczywiście, bez magicznej różdżki!
przeanalizujmy wykrywanie światła i zasięg. Mam nadzieję, że po przeczytaniu tego, przejdziesz od zera do bohatera LiDAR.
Czytaj więcej: Top 6 darmowych źródeł danych LiDAR.
LiDAR 101
LiDAR jest zasadniczo technologią odległościową. Z samolotu lub helikoptera Systemy LiDAR wysyłają światło na ziemię.
ten impuls uderza w ziemię i wraca do czujnika. Następnie mierzy, ile czasu zajmuje Powrót światła do czujnika.
rejestrując czas powrotu, LiDAR mierzy odległość. W rzeczywistości tak też LiDAR zyskał swoją nazwę – wykrywanie światła i zasięg.
jak działa LiDAR
LiDAR jest narzędziem do próbkowania. Mam na myśli to, że wysyła ponad 160 000 impulsów na sekundę. Na każdą sekundę każdy 1-metrowy piksel otrzymuje około 15 impulsów. Dlatego chmury punktów LiDAR tworzą miliony punktów.
Systemy LiDAR są bardzo dokładne, ponieważ są kontrolowane w platformie. Na przykład dokładność wynosi tylko około 15 cm w pionie i 40 cm w poziomie.
gdy samolot podróżuje w powietrzu, jednostki LiDAR skanują ziemię z boku na bok. Podczas gdy niektóre impulsy będą bezpośrednio poniżej nadiru, większość impulsów podróżuje pod kątem (off-nadir). Więc kiedy System LiDAR oblicza wysokość, uwzględnia również kąt.
zazwyczaj liniowy LiDAR ma szerokość pokosu 3,300 ft. Ale nowe technologie, takie jak Geiger LiDAR, mogą skanować szerokości 16 000 stóp. Ten typ Lidaru może obejmować znacznie szersze ślady w porównaniu do tradycyjnego Lidaru.
co może wygenerować LiDAR?
1. Liczba zwrotów
wyobraź sobie, że wędrujesz po lesie. Potem patrzysz w niebo. Jeśli widzisz światło, oznacza to, że impulsy Lidarowe również mogą przejść. Oznacza to również, że LiDAR może uderzyć w gołą ziemię lub krótką roślinność.
znaczna ilość światła przenika przez baldachim leśny tak jak światło słoneczne. Ale LiDAR niekoniecznie uderzy tylko w gołą ziemię. Na zalesionym obszarze może odbijać się od różnych części lasu, aż puls w końcu uderzy w ziemię.
używając Lidaru, aby uzyskać gołe punkty gruntu, nie prześwietlasz roślinności. Zamiast tego, naprawdę patrzysz przez luki w liściach. Gdy uderzy w gałęzie, otrzymasz wiele trafień lub zwrotów.
2. Liczba zwrotna
w lesie impuls lasera spada w dół. Gdy światło uderza w różne części lasu, otrzymujesz „numer powrotu”. Na przykład otrzymasz 1., 2., 3. zwroty, aż w końcu trafią na gołą ziemię. Jeśli nie ma lasu na drodze, po prostu uderzy w powierzchnię ziemi.
czasami impuls światła nie odbija się od jednej rzeczy. Podobnie jak w przypadku drzew, jeden impuls świetlny może mieć wiele zwrotów. Systemy LiDAR mogą rejestrować informacje począwszy od górnej części baldachimu przez baldachim aż do ziemi. Dzięki temu LiDAR jest cenny dla interpretacji struktury lasu i kształtu drzew.
3. Cyfrowe modele elewacji
cyfrowe modele elewacji (DEM) są gołymi modelami powierzchni Ziemi (topograficznymi). Używając tylko zwrotów naziemnych, możesz zbudować DEM. Różni się to jednak od cyfrowych modeli terenu (DTM), ponieważ DTM zawierają kontury.
używając DEM, możesz wygenerować dodatkowe produkty. Na przykład, można utworzyć:
- nachylenie (wzrost lub spadek wyrażony w stopniach lub procentach)
- aspekt (kierunek nachylenia)
- Hillshade (cieniowana ulga z uwzględnieniem kąta oświetlenia)
Czytaj więcej: Bezpłatne Globalne źródła danych DEM.
4. Cyfrowe modele powierzchni
jak się dowiedziałeś, LiDAR przemierza Las. W końcu światło dociera do ziemi. Wtedy odzyskamy gołą ziemię. Ale co z pierwszym powrotem, który uderzy w drzewo?
Cyfrowy Model powierzchni (DSM) obejmuje elewacje z powierzchni naturalnych i zabudowanych. Na przykład dodaje elewację budynków, baldachim drzew, linie energetyczne i inne funkcje.
5. Model wysokości zadaszenia
modele wysokości Zadaszenia (CHM) zapewniają prawdziwą wysokość cech topograficznych na ziemi. Ten typ modelu elewacji nazywamy również znormalizowanym cyfrowym modelem powierzchni (Ndsm).
najpierw weź DSM, który zawiera naturalne i zbudowane funkcje, takie jak drzewa i budynki. Następnie odejmij te wzniesienia od gołej ziemi (DEM). Po odjęciu tych dwóch, otrzymujemy powierzchnię cech, która reprezentuje rzeczywistą wysokość od ziemi.
6. Natężenie światła
Siła zwrotów Lidaru zmienia się w zależności od składu obiektu powierzchniowego odzwierciedlającego powrót. Odblaskowe procenty są określane jako intensywność Lidaru.
ale kilka czynników wpływa na natężenie światła. Na przykład zasięg, kąt padania, wiązka, odbiornik i skład powierzchni (zwłaszcza) wpływają na natężenie światła. Przykładem jest, gdy impuls jest przechylony dalej, energia powrotu maleje.
natężenie światła jest szczególnie przydatne w cechach wyróżniających użytkowanie gruntów/pokrywę. Na przykład nieprzepuszczalne powierzchnie wyróżniają się na obrazach o intensywności światła. Z tego powodu natężenie światła jest dobre dla klasyfikacji obrazów, takich jak analiza obrazów obiektowych.
7. Klasyfikacja punktowa
istnieje zestaw kodów klasyfikacji, które Amerykańskie Towarzystwo fotogrametrii i Teledetekcji (ASPRS) przypisuje do klasyfikacji punktowej LiDAR.
na przykład klasy mogą obejmować Grunt, roślinność (niska, średnia i wysoka), budynek i wodę itp. Czasami klasyfikacja punktowa może należeć do więcej niż jednej kategorii. W takim przypadku sprzedawcy zazwyczaj oznaczają te punkty klasami drugorzędnymi.
Dostawcy mogą, ale nie muszą, klasyfikować LiDAR. Kody są generowane przez odbity impuls lasera w sposób półautomatyczny. Nie wszyscy dostawcy dodają To pole klasyfikacji LAS. W rzeczywistości jest to zwykle wcześniej uzgodnione w umowie.
gdzie są otwarte i bezpłatne Źródła LiDAR?
dane LiDAR to rzadki, cenny zasób. Ale dzięki otwartym programom danych stają się one coraz szerzej dostępne.
więc gdzie są dane LiDAR? Oto lista najlepszych darmowych źródeł danych LiDAR 6, aby uzyskać szybki start w wyszukiwaniu.
jeśli nie możesz znaleźć tego, czego szukasz, najprawdopodobniej będziesz musiał kupić dane LiDAR. Sprzedawcy zazwyczaj latają Lidarem komercyjnie helikopterem, samolotem i dronem.
jakie są rodzaje LiDAR?
przyjrzyjmy się rodzajom Systemów LiDAR. Różnią się one:
- Rozmiar śladu
- długość fali
- wyrównanie pozycji
Profilowanie LiDAR
Profilowanie LiDAR było pierwszym systemem stosowanym w latach 80. XX wieku. specjalizował się w funkcjach linii prostych, takich jak linie energetyczne. Profilowanie LiDAR wysyła indywidualny impuls w jednej linii. Przy stałym nadiru mierzy wysokość wzdłuż pojedynczego transektu.
lidar o małej powierzchni
LiDAR o małej powierzchni jest tym, czego najczęściej używamy dzisiaj. Skanuje pod kątem około 20 stopni. Następnie porusza się do tyłu i do przodu. Jeśli przekroczy 20 stopni, Instrument LiDAR może zacząć widzieć boki drzew zamiast prosto w dół.
- topograficzny LiDAR mapuje ziemię zwykle przy użyciu światła bliskiej podczerwieni.
- LiDAR batymetryczny wykorzystuje przenikające wodę Zielone światło do pomiaru wysokości dna morskiego i koryta rzeki.
duża powierzchnia LiDAR
duża powierzchnia LiDAR wykorzystuje pełne przebiegi o powierzchni 20 m. Ale jego dokładność jest niska, ponieważ powrót impulsu może obejmować nachylenie terenu. Dwa znaczące eksperymenty NASA wykorzystały tego typu LIDAR:
- krajalnica (skanowanie Lidar Imager zadaszeń przez Echo Recovery)
- LVIS (Laserowy CZUJNIK obrazowania roślinności)
naziemny LiDAR
naziemny LiDAR siedzi na statywie i skanuje półkulę. Jest szczególnie dobry do skanowania budynków. Ale są też zastosowania w geologii, leśnictwie i budownictwie.
Geiger-Mode LiDAR
Geiger-mode LiDAR jest nadal w stanie empirycznym. Ale specjalizuje się w skanowaniu wysokościowym. Ponieważ ma bardzo szeroki pokos, może pokryć więcej ziemi w porównaniu do innych rodzajów Lidaru.
elementy systemu LiDAR
istnieją 4 główne części pokładowego Lidaru. Współpracują ze sobą, aby uzyskać bardzo dokładne, użyteczne wyniki:
Czujniki LiDAR: podczas podróży samolotem czujniki skanują ziemię z boku na bok. Impulsy są zwykle w pasmach zielonych lub bliskiej podczerwieni.
ODBIORNIKI GPS: Odbiorniki GPS śledzą wysokość i lokalizację samolotu. Ścieżki te są ważne dla dokładnych wartości terenu i wysokości.
inercyjne jednostki miary( IMU): podczas podróży samolotów Imus śledzi swoje nachylenie. Systemy LiDAR wykorzystują pochylenie do dokładnego pomiaru kąta padania impulsu.
rejestratory danych: gdy LiDAR skanuje powierzchnię, komputer rejestruje wszystkie zwroty impulsów. Następnie nagrania te przekładają się na elevation.
Full waveform vs Discrete
LiDAR systems sklep LiDAR zwraca na dwa sposoby:
- pełna fala
- dyskretny LiDAR
dyskretny LiDAR
wyobraź sobie impulsy LiDAR skanujące przez zalesiony obszar. Otrzymujesz 1st, 2nd, 3rd zwraca, ponieważ impuls uderza w wiele gałęzi. Następnie otrzymujesz duży i ostateczny impuls przy gołym powrocie ziemi.
kiedy zapisujesz dane jako oddzielne zwroty, jest to „dyskretny zwracany LiDAR”. W skrócie, dyskretny LiDAR bierze każdy szczyt i oddziela każdy powrót.
pełny LiDAR falowy
kiedy zapisujesz cały powrót jako jedną falę ciągłą, jest to Pełny LiDAR falowy. Więc po prostu liczysz szczyty, to czyni je dyskretnymi.
mimo, że dane pełnofalowe są bardziej skomplikowane, LiDAR zmierza w kierunku pełnego systemu falowego.
projekty i zastosowania Lidaru
Ta lista zastosowań i zastosowań Lidaru ledwo zarysowuje powierzchnię. Na przykład, oto kilka sposobów, w jaki dziś używamy Lidaru:
: Leśnicy używają Lidaru, aby lepiej zrozumieć strukturę i kształt drzew.
samochody samojezdne: samochody samojezdne wykorzystują Skaner LiDAR do wykrywania pieszych, rowerzystów, znaków stop i innych przeszkód.
Archeologia: archeolodzy używają Lidaru, aby znaleźć kwadratowe wzory w ziemi, które były starożytnymi budynkami i piramidami zbudowanymi przez cywilizacje Majów i Egipcjan.
hydrologia: Hydrolodzy wyznaczają kolejność strumieni i dopływów z Lidaru.
Czytaj więcej: 100 aplikacji Teledetekcji niszczących ziemię & zastosowania
podsumowanie: Co To jest LiDAR?
Light Detection and Ranging (LiDAR) wykorzystuje lasery do pomiaru wysokości obiektów.
to technologia Dystansowa, która pobiera próbki z niesamowitą dokładnością i punktami.
jest podobny do sonaru (fale dźwiękowe) lub radaru (fale radiowe), ponieważ wysyła impuls i mierzy czas potrzebny na powrót. Ale LiDAR różni się od sonaru i radaru, ponieważ wykorzystuje światło.
podsumowaliśmy wykrywanie światła i zakres za pomocą tego przewodnika LiDAR. Możesz teraz uważać się za guru Lidaru.