o que é Detecção De Luz e variando (LiDAR)?
como você gostaria de agitar sua varinha mágica e de repente descobrir o quão longe tudo está longe de você?
não foram necessárias varinhas mágicas. É assim que o LiDAR (Light Detection and Ranging) funciona. Claro, sem a varinha mágica!
vamos desmistificar a detecção de luz e variando. Espero que, depois de ler isso, você vá de zero a um herói LiDAR.
leia mais: Top 6 Fontes de dados LiDAR livres.
LiDAR 101
LiDAR é fundamentalmente uma tecnologia de distância. De um avião ou helicóptero, os sistemas LiDAR enviam luz ao solo.
este pulso atinge o solo e retorna ao sensor. Em seguida, mede quanto tempo leva para a luz retornar ao sensor.
registrando o tempo de retorno, é assim que LiDAR mede a distância. Na verdade, é também assim que LiDAR recebeu esse nome – detecção e alcance de luz.
Como LiDAR funciona
LiDAR é uma ferramenta de amostragem. O que quero dizer com isso é que ele envia mais de 160.000 pulsos por segundo. Para cada segundo, cada pixel de 1 metro recebe cerca de 15 pulsos. É por isso que as nuvens de pontos LiDAR criam milhões de pontos.
Os sistemas LiDAR são muito precisos porque estão sendo controlados em uma plataforma. Por exemplo, a precisão é de apenas cerca de 15 cm verticalmente e 40 cm horizontalmente.
à medida que um avião viaja no ar, as unidades LiDAR examinam o solo de um lado para o outro. Enquanto alguns pulsos estarão diretamente abaixo no nadir, a maioria dos pulsos viaja em um ângulo (off-nadir). Portanto, quando um sistema LiDAR calcula a elevação, ele também explica o ângulo.
Normalmente, o LiDAR linear tem uma largura de faixa de 3.300 pés. Mas novas tecnologias como Geiger LiDAR podem escanear larguras de 16.000 pés. Este tipo de LiDAR pode cobrir pegadas muito mais largas em comparação com o LiDAR tradicional.
o que o LiDAR pode gerar?
1. Número de retornos
Imagine que você está caminhando em uma floresta. Então, você olha para o céu. Se você puder ver a luz, isso significa que os pulsos LiDAR também podem passar. Além disso, isso significa que o LiDAR pode atingir a terra nua ou a vegetação curta.
uma quantidade significativa de luz penetra no dossel da floresta, assim como a luz solar. Mas LiDAR não necessariamente só atingirá o chão nu. Em uma área florestal, pode refletir diferentes partes da floresta até que o pulso finalmente atinja o solo.
usando LiDAR para obter pontos de terra nua, você não está radiografando através da vegetação. Em vez disso, você está realmente olhando através das lacunas nas folhas. Quando atinge as ramificações, você obtém vários hits ou retornos.
2. Número de retorno
em uma floresta, o pulso do laser desce. Quando a luz atinge diferentes partes da floresta, você obtém o”número de retorno”. Por exemplo, você obterá o 1º, 2º e 3º retornos até que finalmente atinja o chão nu. Se não houver floresta no caminho, ele simplesmente atingirá a superfície do solo.
às vezes, um pulso de luz não reflete uma coisa. Tal como acontece com o caso das árvores, um pulso de luz pode ter vários retornos. Os sistemas LiDAR podem registrar informações a partir do topo do dossel através do dossel até o solo. Isso torna LiDAR valioso para interpretar a estrutura florestal e a forma das árvores.
3. Modelos Digitais de Elevação
Os Modelos Digitais de Elevação (dem) são modelos de terra nua (topográfica) da superfície da Terra. Usando apenas retornos de solo, você pode construir um DEM. Mas isso é diferente dos modelos digitais de terreno (DTM) porque os DTMs incorporam contornos.
usando um DEM, você pode gerar produtos adicionais. Por exemplo, você pode criar:
- Inclinação (subida ou descida expressa em graus ou porcentagem)
- Aspecto (direção slope)
- Hillshade (relevo sombreado, considerando o ângulo da iluminação)
LEIA MAIS: Fontes de dados dem globais gratuitas.
4. Modelos digitais de superfície
como você aprendeu, LiDAR peers através da floresta. Eventualmente, a luz atinge o solo. Então, temos um retorno terra nua. Mas e o primeiro retorno que atinge a árvore?
um modelo de superfície Digital (DSM) incorpora elevações de superfícies naturais e construídas. Por exemplo, adiciona elevação de edifícios, Copa de árvores, linhas de energia e outros recursos.
5. Modelo da altura do dossel
os modelos da Altura Do Dossel (CHM) dão-lhe a altura verdadeira das características topográficas na terra. Também chamamos esse tipo de modelo de elevação de um modelo de superfície digital normalizado (nDSM).
primeiro, pegue o DSM que inclui recursos naturais e construídos, como árvores e edifícios. Em seguida, subtraia essas elevações da terra nua (DEM). Quando você subtrai os dois, obtém uma superfície de recursos que representa a altura real do solo.
6. Intensidade da luz
a força dos retornos LiDAR varia com a composição do objeto de superfície refletindo o retorno. As porcentagens reflexivas são referidas como intensidade LiDAR.
mas vários fatores afetam a intensidade da luz. Por exemplo, alcance, ângulo de incidente, feixe, receptor e composição de superfície (especialmente) influencia a intensidade da luz. Um exemplo é quando o pulso é inclinado mais longe, a energia de retorno diminui.
a intensidade da luz é particularmente útil na distinção de características no uso/cobertura da terra. Por exemplo, superfícies impermeáveis se destacam em imagens de intensidade de luz. É por isso que a intensidade da luz é boa para classificação de imagem, como análise de imagem baseada em objeto.
7. Classificação
Há um conjunto de códigos de classificação que a Sociedade Americana de Fotogrametria e Sensoriamento Remoto (ASPRS) atribui para LiDAR ponto de classificação.
por exemplo, as classes podem incluir solo, vegetação (baixa, média e alta), construção e água, etc. Às vezes, a classificação pontual pode se enquadrar em mais de uma categoria. Se for esse o caso, os fornecedores geralmente sinalizam esses pontos com classes secundárias.
Os fornecedores podem ou não classificar LiDAR. Os códigos são gerados pelo pulso refletido do laser em uma maneira semiautomática. Nem todos os fornecedores adicionam este campo de classificação LAS. Na verdade, geralmente é acordado no contrato de antemão.
onde estão as fontes LiDAR abertas e gratuitas?
LiDAR data é um recurso raro e precioso. Mas graças aos programas de dados abertos, eles estão se tornando mais amplamente disponíveis.
então, onde estão os dados LiDAR? Aqui está uma lista das 6 principais fontes de dados LiDAR gratuitas para você começar sua pesquisa.
se você não consegue encontrar o que você está procurando, então provavelmente você terá que comprar Dados LiDAR. Os fornecedores geralmente voam LiDAR comercialmente de helicóptero, avião e drone.
quais são os tipos de LiDAR?Vamos explorar os tipos de Sistemas LiDAR. Eles diferem em:
- Tamanho da pegada
- comprimento de Onda
- alinhamento Posicional
criação de perfil de LiDAR
criação de perfil de LiDAR foi o primeiro sistema já utilizado na década de 1980. Especializou-se em linha reta características, tais como linhas de energia. O LiDAR de perfil envia um pulso individual em uma linha. Em um nadir fixo, mede a altura ao longo de um único transeto.
Small Footprint LiDAR
small footprint LiDAR é o que usamos principalmente hoje. Ele verifica em cerca de um ângulo de varredura de 20 graus. Então, ele se move para trás e para frente. Se for além de 20 graus, o instrumento LiDAR pode começar a ver os lados das árvores em vez de descer direto.
- O LiDAR topográfico mapeia a terra normalmente usando luz infravermelha próxima.
- O LiDAR batimétrico usa luz verde penetrante na água para medir as elevações do fundo do mar e do leito do rio.
grande pegada LiDAR
grande pegada LiDAR usa formas de onda completas com uma pegada de 20m. Mas sua precisão é baixa porque o retorno do pulso pode incluir terreno inclinado. Dois experimentos notáveis da NASA usaram esse tipo de LIDAR:
- SLICER (Scanning Lidar Imager of Canopies by Echo Recovery)
- LVIS (Laser Vegetation Imaging Sensor)
LiDAR À Base de terra
LiDAR à base de terra senta-se em um tripé e verifica o hemisfério. É particularmente bom para digitalizar edifícios. Mas também existem aplicações em Geologia, silvicultura e construção.
Geiger-mode LiDAR
Geiger-mode LiDAR ainda está em um estado experimental. Mas é especializado em varredura de alta altitude. Por ter uma faixa extremamente larga, pode cobrir mais solo em comparação com outros tipos de LiDAR.
componentes do sistema LiDAR
existem 4 partes principais de um LiDAR aerotransportado. Eles trabalham juntos para produzir resultados altamente precisos e utilizáveis: sensores LiDAR: à medida que o avião viaja, os sensores examinam o solo de um lado para o outro. Os pulsos são comumente em bandas verdes ou infravermelho próximo.
RECEPTORES GPS: Os receptores GPS rastreiam a altitude e a localização do avião. Essas trilhas são importantes para valores precisos de terreno e elevação.
unidades de medição inercial (IMU): à medida que os aviões viajam, o IMUs rastreia sua inclinação. Os sistemas LiDAR usam inclinação para medir com precisão o ângulo incidente do pulso.Gravadores de dados: como LiDAR verifica a superfície, um computador registra todos os retornos de pulso. Então, essas gravações são traduzidas em elevação.
forma de onda completa vs discreta
Os sistemas LiDAR armazenam retornos LiDAR de duas maneiras:
- forma de onda completa
- LiDAR discreto
LiDAR discreto
Imagine Pulsos LiDAR escaneando através de uma área florestal. Você obtém 1º, 2º e 3º retornos porque o pulso atinge vários ramos. Então, você obtém um pulso grande e final pelo retorno do solo nu.
quando você grava os dados como retornos separados, isso é “Discrete return LiDAR”. Em suma, lidar discreto leva cada pico e separa cada retorno.
LiDAR de forma de onda completa
quando você grava todo o retorno como uma onda contínua, este é LiDAR de forma de onda completa. Então, você simplesmente conta os picos, isso o torna discreto.
mesmo que os dados de forma de onda completa sejam mais complicados, O LiDAR está se movendo em direção a um sistema de forma de onda completa.
LiDAR projetos e aplicações
esta lista de usos e aplicações LiDAR mal arranha a superfície. Por exemplo, aqui estão algumas maneiras como usamos LiDAR hoje:
silvicultura: Os silvicultores usam LiDAR para entender melhor a estrutura e a forma das árvores.Carros autônomos: carros autônomos usam o LiDAR scanner para detectar pedestres, ciclistas, sinais de parada e outros obstáculos.Arqueologia: os arqueólogos usam LiDAR para encontrar padrões quadrados no solo, que eram edifícios antigos e pirâmides construídas por civilizações maias e egípcias.Hidrologia: Hidrologistas delineiam ordens de córregos e afluentes do LiDAR.
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Resumo: O Que é LiDAR?
Light Detection and Ranging (LiDAR) usa lasers para medir a elevação dos recursos.
é uma tecnologia de distância que amostras com uma quantidade incrível de precisão e pontos.
é semelhante ao sonar (ondas sonoras) ou radar (ondas de rádio) porque envia um pulso e mede o tempo que leva para retornar. Mas LiDAR é diferente do sonar e do radar porque usa luz.
resumimos a detecção de luz e variando com este guia LiDAR. Agora você pode se considerar um guru LiDAR.