Vad är Light Detection and Ranging (LiDAR)?
hur skulle du vilja vinka din trollstav och plötsligt ta reda på hur långt allt är borta från dig?
inga trollstavar var nödvändiga. Så här fungerar LiDAR (Light Detection and Ranging). Naturligtvis, utan trollstaven!
Låt oss avmystifiera ljusdetektering och intervall. Förhoppningsvis, efter att ha läst detta, kommer du att gå från noll till en Lidarhjälte.
Läs mer: Topp 6 gratis LiDAR datakällor.
LiDAR 101
LiDAR är i grunden en distansteknik. Från ett flygplan eller helikopter skickar LiDAR-system ljus till marken.
denna puls träffar marken och återgår till sensorn. Sedan mäter den hur lång tid det tar för ljuset att återgå till sensorn.
genom att registrera returtiden mäter LiDAR avståndet. Faktum är att det också är hur LiDAR fick sitt namn – Ljusdetektering och intervall.
hur LiDAR fungerar
LiDAR är ett provtagningsverktyg. Vad jag menar med det är att det skickar över 160 000 pulser per sekund. För varje sekund får varje 1 meter pixel cirka 15 pulser. Det är därför lidar punktmoln skapar miljontals poäng.
LiDAR-system är mycket exakta eftersom det styrs i en plattform. Till exempel är noggrannheten endast ca 15 cm vertikalt och 40 cm horisontellt.
när ett plan färdas i luften skannar LiDAR-enheter marken från sida till sida. Medan vissa pulser kommer att ligga direkt under vid nadir, reser de flesta pulser i en vinkel (off-nadir). Så när ett LiDAR-system beräknar höjden står det också för vinkeln.
vanligtvis har linjär LiDAR en strängbredd på 3300 ft. Men ny teknik som Geiger LiDAR kan skanna bredder på 16,000 ft. Denna typ av LiDAR kan täcka mycket bredare fotspår jämfört med traditionell LiDAR.
vad kan LiDAR generera?
1. Antal returer
Tänk dig att du vandrar i en skog. Sedan tittar du upp mot himlen. Om du kan se ljus betyder det att Lidarpulser också kan gå igenom. Det betyder också att LiDAR kan slå den nakna jorden eller korta vegetationen.
en betydande mängd ljus tränger in i skogen canopy precis som solljus. Men LiDAR kommer inte nödvändigtvis bara att slå den nakna marken. I ett skogsområde kan det reflektera från olika delar av skogen tills pulsen äntligen träffar marken.
genom att använda LiDAR för att få nakna markpunkter, Röntgar du inte genom vegetation. Istället tittar du verkligen genom luckorna i bladen. När den träffar grenarna får du flera träffar eller returnerar.
2. Returnummer
i en skog går laserpulsen nedåt. När ljuset träffar olika delar av skogen får du ”returnummer”. Till exempel får du 1: a, 2: a, 3: e avkastningen tills den äntligen träffar den nakna marken. Om det inte finns någon skog i vägen kommer den bara att träffa markytan.
ibland reflekterar en ljuspuls inte av en sak. Som med träd kan en ljuspuls ha flera avkastningar. LiDAR-system kan spela in information från toppen av baldakinen genom baldakinen hela vägen till marken. Detta gör LiDAR värdefullt för att tolka trädens struktur och form.
3. Digitala Höjdmodeller
digitala Höjdmodeller (DEM) är nakna jord (topografiska) modeller av jordens yta. Genom att använda endast Mark avkastning, du kan bygga en DEM. Men detta skiljer sig från digitala terrängmodeller (DTM) eftersom DTM: er innehåller konturer.
genom att använda en DEM kan du generera ytterligare produkter. Du kan till exempel skapa:
- lutning (stigning eller fall uttryckt i grader eller procent)
- aspekt (lutningsriktning)
- Hillshade (skuggad lättnad med tanke på belysningsvinkel)
Läs mer: Gratis Globala dem datakällor.
4. Digitala ytmodeller
som du har lärt dig, lidar kamrater genom skogen. Så småningom når ljuset marken. Sedan får vi en Bare Earth return. Men hur är det med den första avkastningen som träffar trädet?
en Digital ytmodell (DSM) innehåller höjder från naturliga och byggda ytor. Till exempel lägger den till höjd från byggnader, trädtak, kraftledningar och andra funktioner.
5. Canopy höjd Modell
Canopy höjd modeller (CHM) ger dig den verkliga höjden av topografiska funktioner på marken. Vi kallar också denna typ av höjdmodell en normaliserad Digital ytmodell (Ndsm).
Ta först DSM som innehåller naturliga och byggda funktioner som träd och byggnader. Därefter subtrahera dessa höjder från den nakna jorden (DEM). När du subtraherar de två får du en yta av funktioner som representerar verklig höjd från marken.
6. Ljusintensitet
styrkan hos LiDAR-returer varierar med sammansättningen av ytobjektet som återspeglar returen. De reflekterande procentsatserna kallas Lidarintensitet.
men flera faktorer påverkar ljusintensiteten. Exempelvis påverkar räckvidd, infallsvinkel, stråle, mottagare och ytkomposition (särskilt) ljusintensiteten. Ett exempel är när pulsen lutas längre bort minskar returenergin.
ljusintensitet är särskilt användbar för att särskilja egenskaper vid markanvändning / täckning. Till exempel sticker ogenomträngliga ytor ut i ljusintensitetsbilder. Det är därför ljusintensiteten är bra för bildklassificering som objektbaserad bildanalys.
7. Punktklassificering
det finns en uppsättning klassificeringskoder som American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS) tilldelar för LiDAR punktklassificering.
till exempel kan klasser inkludera mark, vegetation (låg, medium och hög), byggnad och vatten etc. Ibland kan punktklassificering falla i mer än en kategori. Om så är fallet, leverantörer flagga vanligtvis dessa punkter med sekundära klasser.
leverantörer kan eller inte kan klassificera LiDAR. Koderna genereras av den reflekterade laserpulsen på ett halvautomatiskt sätt. Inte alla leverantörer lägga till denna LAS klassificeringsfält. Egentligen är det vanligtvis överenskommet i kontraktet i förväg.
Var finns öppna och fria lidar-källor?
LiDAR-data är en sällsynt, dyrbar resurs. Men tack vare öppna dataprogram blir de mer tillgängliga.
så var är LiDAR-data? Här är en lista över de 6 gratis LiDAR-datakällorna för att du ska få en start på din sökning.
om du inte hittar det du letar efter måste du troligen köpa LiDAR-data. Leverantörer flyger i allmänhet lidar kommersiellt med helikopter, flygplan och drone.
vilka är typerna av LiDAR?
Låt oss utforska typerna av LiDAR-system. De skiljer sig åt i:
- storlek på fotavtryck
- våglängd
- Positionsinriktning
profilering LiDAR
profilering LiDAR var det första systemet som någonsin använts på 1980-talet. det specialiserade sig på linjära funktioner som kraftledningar. Profilering LiDAR skickar ut en individuell puls i en linje. Vid en fast nadir mäter den höjd längs en enda transekt.
litet fotavtryck LiDAR
litet fotavtryck LiDAR är vad vi mest använder idag. Den skannar i ungefär 20 graders skanningsvinkel. Sedan rör den sig bakåt och framåt. Om det går längre än 20 grader kan lidar-instrumentet börja se trädens sidor istället för rakt ner.
- topografisk LiDAR kartlägger marken vanligtvis med nära infrarött ljus.
- Bathymetric LiDAR använder vattengenomträngande grönt ljus för att mäta havsbotten och flodbädds höjder.
stort fotavtryck LiDAR
stort fotavtryck LiDAR använder fulla vågformer med ett 20m fotavtryck. Men det är noggrannhet är låg eftersom pulsreturen kan inkludera sluttande terräng. Två anmärkningsvärda experiment från NASA använde denna typ av LIDAR:
- SLICER (Scanning Lidar Imager av skärmtak genom Echo återhämtning)
- LVIS (Laser Vegetation bildsensor)
markbaserad LiDAR
markbaserad LiDAR sitter på ett stativ och skannar halvklotet. Det är särskilt bra för att skanna byggnader. Men det finns också tillämpningar inom geologi, skogsbruk och konstruktion.
Geiger-mode LiDAR
Geiger-mode LiDAR är fortfarande i ett erfarenhetsläge. Men det är specialiserat på höghöjdsskanning. Eftersom den har en extremt bred sträng kan den täcka mer mark jämfört med andra typer av LiDAR.
LiDAR systemkomponenter
det finns 4 huvuddelar av en luftburet LiDAR. De arbetar tillsammans för att producera mycket exakta, användbara resultat:
LiDAR-sensorer: när flygplanet färdas skannar sensorerna marken från sida till sida. Pulserna är vanligtvis i gröna eller nära infraröda band.
GPS-MOTTAGARE: GPS-mottagare spårar flygplanets höjd och plats. Dessa spår är viktiga för exakta terräng-och höjdvärden.
INERTIAL MEASUREMENT UNITS (IMU): när flygplan reser spårar IMUs sin lutning. LiDAR-system använder lutning för att noggrant mäta pulsens infallande vinkel.
DATAINSPELARE: när LiDAR skannar ytan registrerar en dator alla pulsavkastningar. Sedan översätts dessa inspelningar till höjd.
Full vågform vs diskret
LiDAR systems store lidar returnerar på två sätt:
- full vågform
- diskret LiDAR
diskret LiDAR
Föreställ dig Lidarpulser som skannar genom ett skogsområde. Du får 1: a, 2: a, 3: e avkastning eftersom pulsen träffar flera grenar. Sedan får du en stor och slutlig puls av den nakna markreturen.
när du registrerar data som separata avkastningar är detta”diskret returlidar”. Kort sagt, diskret LiDAR tar varje topp och separerar varje retur.
Full vågform LiDAR
när du spelar in hela avkastningen som en kontinuerlig våg är detta fullvågform LiDAR. Så, du räknar helt enkelt topparna, det gör det diskret.
även om fullvågsdata är mer komplicerade, går LiDAR mot ett fullt vågformssystem.
LiDAR-projekt och applikationer
denna lista över LiDAR-användningar och applikationer skrapar knappt ytan. Till exempel, här är några sätt hur vi använder LiDAR idag:
skogsbruk: Skogsbrukare använder LiDAR för att bättre förstå trädstruktur och form.
självkörande bilar: självkörande bilar använder LiDAR-skanner för att upptäcka fotgängare, cyklister, stoppskyltar och andra hinder.
arkeologi: arkeologer använder LiDAR för att hitta fyrkantiga mönster i marken, som var gamla byggnader och pyramider byggda av Maya och egyptiska civilisationer.
hydrologi: hydrologer avgränsar strömordningar och bifloder från LiDAR.
Läs Mer: 100 jordförstörande Fjärranalysapplikationer & använder
sammanfattning: Vad är LiDAR?
Light Detection and Ranging (LiDAR) använder lasrar för att mäta höjden av funktioner.
det är en distansteknik som samplar med en otrolig mängd noggrannhet och poäng.
det liknar sonar (ljudvågor) eller radar (radiovågor) eftersom det skickar en puls och mäter den tid det tar att återvända. Men LiDAR är annorlunda än sonar och radar eftersom den använder ljus.
vi har sammanfattat ljusdetektering och intervall med denna LiDAR-guide. Du kan nu betrakta dig själv som en lidarguru.