ce este detectarea luminii și variind (LiDAR)?
cum ți-ar plăcea să-ți fluturi bagheta magică și dintr-o dată să afli cât de departe este totul de tine?
nu erau necesare baghete magice. Acesta este modul în care funcționează LiDAR (detectarea și măsurarea luminii). Desigur, fără bagheta magică!
să demistificăm detectarea și măsurarea luminii. Sperăm că, după ce ați citit acest lucru, veți trece de la zero la un erou LiDAR.
Citește mai mult: Top 6 surse de date LiDAR gratuite.
LiDAR 101
LiDAR este fundamental o tehnologie la distanță. De la un avion sau elicopter, sistemele LiDAR trimit lumină la sol.
acest impuls atinge solul și revine la senzor. Apoi, măsoară cât durează ca lumina să revină la senzor.
prin înregistrarea timpului de întoarcere, acesta este modul în care LiDAR măsoară distanța. De fapt, acesta este și modul în care LiDAR și – a primit numele-detectarea și măsurarea luminii.
cum funcționează LiDAR
LiDAR este un instrument de eșantionare. Ceea ce vreau să spun prin asta este că trimite peste 160.000 de impulsuri pe secundă. Pentru fiecare secundă, fiecare pixel de 1 metru primește aproximativ 15 impulsuri. Acesta este motivul pentru care norii de puncte LiDAR creează milioane de puncte.
sistemele LiDAR sunt foarte precise, deoarece sunt controlate într-o platformă. De exemplu, precizia este de numai aproximativ 15 cm vertical și 40 cm orizontal.
pe măsură ce un avion călătorește în aer, unitățile LiDAR scanează solul dintr-o parte în alta. În timp ce unele impulsuri vor fi direct sub nadir, majoritatea impulsurilor se deplasează într-un unghi (off-nadir). Deci, atunci când un sistem LiDAR calculează elevația, acesta reprezintă și unghiul.
de obicei, Linear LiDAR are o lățime brazdă de 3.300 ft. Dar noile tehnologii precum Geiger LiDAR pot scana lățimi de 16.000 ft. Acest tip de LiDAR poate acoperi amprente mult mai largi în comparație cu Lidarul tradițional.
ce poate genera LiDAR?
1. Numărul de returnări
Imaginați-vă că faceți drumeții într-o pădure. Apoi, te uiți în sus la cer. Dacă puteți vedea lumina, aceasta înseamnă că și impulsurile LiDAR pot trece. De asemenea, acest lucru înseamnă că LiDAR poate lovi Pământul gol sau vegetația scurtă.
o cantitate semnificativă de lumină pătrunde în baldachinul pădurii la fel ca lumina soarelui. Dar LiDAR nu va lovi neapărat doar pământul gol. Într-o zonă împădurită, se poate reflecta în diferite părți ale pădurii până când pulsul atinge în cele din urmă solul.
folosind LiDAR pentru a obține puncte de sol goale, nu radiografiați prin vegetație. În schimb, te uiți cu adevărat prin golurile din frunze. Când lovește ramurile, veți obține mai multe hit-uri sau se întoarce.
2. Numărul de retur
într-o pădure, pulsul laser merge în jos. Când lumina lovește diferite părți ale pădurii, obțineți „numărul de întoarcere”. De exemplu, veți obține returnările 1, 2, 3 până când în cele din urmă atinge pământul gol. Dacă nu există pădure în cale, va lovi doar suprafața solului.
uneori un puls de lumină nu reflectă un singur lucru. Ca și în cazul copacilor, un impuls de lumină ar putea avea mai multe reveniri. Sistemele LiDAR pot înregistra informații începând din partea de sus a baldachinului prin baldachin până la sol. Acest lucru face ca LiDAR să fie valoros pentru interpretarea structurii și formei pădurii copacilor.
3. Modelele digitale de elevație
modelele digitale de elevație (DEM) sunt modele de pământ gol (topografice) ale suprafeței Pământului. Folosind doar returnări la sol, puteți construi un DEM. Dar acest lucru este diferit de modelele digitale de teren (DTM), deoarece DTM-urile încorporează contururi.
prin utilizarea unui DEM, puteți genera produse suplimentare. De exemplu, puteți crea:
- pantă (creștere sau scădere exprimată în grade sau procente)
- Aspect (direcția pantei)
- Hillshade (relief umbrit având în vedere unghiul de iluminare)
Citeste mai mult: Surse de date dem globale gratuite.
4. Modele digitale de suprafață
după cum ați învățat, LiDAR colegii prin pădure. În cele din urmă, lumina ajunge la pământ. Apoi, vom obține o întoarcere pământ gol. Dar cum rămâne cu prima întoarcere care lovește copacul?
un model digital de suprafață (DSM) încorporează elevații de pe suprafețe naturale și construite. De exemplu, adaugă altitudine de la clădiri, baldachin de copaci, linii electrice și alte caracteristici.
5. Modelul de înălțime a baldachinului
modelele de înălțime a baldachinului (CHM) vă oferă adevărata înălțime a caracteristicilor topografice de pe teren. De asemenea, numim acest tip de model de elevație un model digital de suprafață normalizat (nDSM).
în primul rând, luați DSM care include caracteristici naturale și construite, cum ar fi copacii și clădirile. Apoi, scădeți aceste înălțimi de pe pământul gol (DEM). Când scade cele două, veți obține o suprafață de caracteristici care reprezintă înălțimea reală de la sol.
6. Intensitatea luminii
puterea returnărilor LiDAR variază în funcție de compoziția obiectului de suprafață care reflectă revenirea. Procentele reflectorizante sunt denumite intensitate Lidară.
dar mai mulți factori afectează intensitatea luminii. De exemplu, gama, unghiul incidentului, fasciculul, receptorul și compoziția suprafeței (în special) influențează intensitatea luminii. Un exemplu este atunci când pulsul este înclinat mai departe, energia de întoarcere scade.
intensitatea luminii este deosebit de utilă în ceea ce privește caracteristicile distinctive ale utilizării/acoperirii terenului. De exemplu, suprafețele impermeabile ies în evidență în imaginile cu intensitate luminoasă. Acesta este motivul pentru care intensitatea luminii este bună pentru clasificarea imaginii, cum ar fi analiza imaginii bazată pe obiecte.
7. Clasificarea punctelor
există un set de coduri de clasificare pe care societatea americană pentru Fotogrammetrie și teledetecție (ASPRS) le atribuie pentru clasificarea punctelor LiDAR.
de exemplu, clasele pot include solul, vegetația (joasă, medie și înaltă), clădirea și apa etc. Uneori, clasificarea punctelor poate cădea în mai multe categorii. În acest caz, vânzătorii semnalizează de obicei aceste puncte cu clase secundare.
vânzătorii pot sau nu pot clasifica LiDAR. Codurile sunt generate de pulsul laser reflectat într-un mod semi-automat. Nu toți furnizorii adaugă acest câmp de clasificare LAS. De fapt, este de obicei convenit în contract în prealabil.
unde sunt sursele LiDAR deschise și gratuite?
datele LiDAR sunt o resursă rară și prețioasă. Dar, datorită programelor de date deschise, acestea devin din ce în ce mai disponibile.
deci, unde sunt datele LiDAR? Aici este o listă de top 6 gratuit LiDAR surse de date pentru tine pentru a obține un salt-start pe Căutare.
dacă nu găsiți ceea ce căutați, atunci cel mai probabil va trebui să achiziționați date LiDAR. Vânzătorii zboară în general LiDAR comercial cu elicopterul, avionul și drona.
care sunt tipurile de LiDAR?
să explorăm tipurile de sisteme LiDAR. Ele diferă în:
- dimensiunea amprentei
- lungime de undă
- aliniere pozițională
profilarea LiDAR
profilarea LiDAR a fost primul sistem folosit vreodată în anii 1980. s-a specializat în caracteristici de linie dreaptă, cum ar fi liniile electrice. Profilarea LiDAR trimite un impuls individual într-o singură linie. La un nadir fix, măsoară înălțimea de-a lungul unei singure secțiuni.
LiDAR cu amprentă mică
LiDAR cu amprentă mică este ceea ce folosim mai ales astăzi. Scanează la un unghi de scanare de aproximativ 20 de grade. Apoi, se mișcă înapoi și înainte. Dacă depășește 20 de grade, instrumentul LiDAR poate începe să vadă părțile laterale ale copacilor în loc să fie drept în jos.
- Lidarul topografic mapează terenul folosind de obicei lumina infraroșie apropiată.
- Batimetric LiDAR folosește lumina verde care pătrunde în apă pentru a măsura cotele de pe fundul mării și albia râului.
amprentă mare LiDAR
amprentă mare LiDAR folosește forme de undă complete cu o amprentă de 20 m. Dar precizia este scăzută, deoarece revenirea pulsului poate include teren înclinat. Două experimente notabile de la NASA au folosit acest tip de LIDAR:
- SLICER (Scanare Lidar Imager de copertine de recuperare ecou)
- LVIS (laser vegetation Imaging Sensor)
Lidar de la sol
LiDAR de la sol stă pe un trepied și scanează emisfera. Este deosebit de bun pentru scanarea clădirilor. Dar există și aplicații în Geologie, Silvicultură și construcții.
Geiger-Mode LiDAR
Geiger-mode LiDAR este încă într-o stare experiențială. Dar este specializată în scanarea la mare altitudine. Deoarece are o întindere extrem de largă, poate acoperi mai mult teren în comparație cu alte tipuri de LiDAR.
componentele sistemului LiDAR
există 4 părți principale ale unui LiDAR în aer. Ei lucrează împreună pentru a produce rezultate extrem de precise și utilizabile:
senzori LiDAR: pe măsură ce avionul se deplasează, senzorii scanează solul dintr-o parte în alta. Impulsurile sunt de obicei în benzi verzi sau aproape infraroșii.
RECEPTOARE GPS: Receptoarele GPS urmăresc altitudinea și locația avionului. Aceste piste sunt importante pentru valori precise ale terenului și ale altitudinii.
unități de măsură inerțiale( IMU): pe măsură ce avioanele călătoresc, IMUs își urmărește înclinarea. Sistemele LiDAR folosesc înclinarea pentru a măsura cu precizie unghiul incident al impulsului.
înregistratoare de date: pe măsură ce LiDAR scanează suprafața, un computer înregistrează toate returnările pulsului. Apoi, aceste înregistrări se traduc în elevație.
forma de undă completă vs discret
sistemele LiDAR stochează returnările LiDAR în două moduri:
- formă de undă completă
- Lidar discret
discret LiDAR
Imaginați-vă impulsuri LiDAR de scanare printr-o zonă împădurită. Ai 1, 2, 3 se întoarce deoarece pulsul lovește mai multe ramuri. Apoi, veți obține un impuls mare și final de întoarcerea la sol goale.
când înregistrați datele ca returnări separate, acesta este „discrete return LiDAR”. Pe scurt, lidar discret ia fiecare vârf și separă fiecare întoarcere.
formă de undă completă LiDAR
când înregistrați întreaga întoarcere ca o undă continuă, aceasta este LiDAR cu formă de undă completă. Deci, pur și simplu numărați vârfurile, acest lucru îl face discret.
chiar dacă datele complete ale formei de undă sunt mai complicate, LiDAR se îndreaptă spre un sistem complet de formă de undă.
proiecte și aplicații LiDAR
această listă de utilizări și aplicații LiDAR abia zgârie suprafața. De exemplu, iată câteva moduri în care folosim LiDAR astăzi:
silvicultură: Silvicultorii folosesc LiDAR pentru a înțelege mai bine structura și forma copacilor.
autovehicule autonome: autovehiculele autonome utilizează scanerul LiDAR pentru a detecta pietonii, bicicliștii, semnele de oprire și alte obstacole.
Arheologie: arheologii folosesc LiDAR pentru a găsi modele pătrate în pământ, care erau clădiri antice și piramide construite de civilizațiile Maya și egiptene.
hidrologie: hidrologii delimitează ordinele de curgere și afluenții de la LiDAR.
Citește mai mult: 100 de aplicații de teledetecție cutremurătoare & utilizări
Rezumat: ce este LiDAR?
detectarea și măsurarea luminii (LiDAR) utilizează lasere pentru a măsura înălțimea caracteristicilor.
este o tehnologie la distanță care eșantionează cu o cantitate incredibilă de precizie și puncte.
este similar cu sonarul (undele sonore) sau radarul (undele radio), deoarece trimite un puls și măsoară timpul necesar pentru a reveni. Dar LiDAR este diferit de sonar și radar, deoarece folosește lumina.
am rezumat detectarea și măsurarea luminii cu acest ghid LiDAR. Acum vă puteți considera un guru LiDAR.