Дистанційне зондування LiDAR: принцип, застосування, безкоштовні ресурси та програмне забезпечення

Бортові датчики LiDARможе захоплювати конкретні точки від лазерного імпульсу, відомі як дискретні вимірювання повернення, або записувати повний сигнал у міру його повернення, що називається повною формою хвилі, через фіксовані інтервали, наприклад 1 нс (що охоплює приблизно 15 см). Лідар з повною формою хвилі в основному використовується в лісовому господарстві, тоді як ЛіДАР з дискретним поверненням має ширше застосування в різних галузях. У цій статті в основному обговорюється дискретний зворотний ЛіДАР та його використання. У цьому розділі ми розглянемо кілька ключових тем про LiDAR, включаючи його основні компоненти, принципи роботи, точність, системи та доступні ресурси.

Основні компоненти ЛіДАР

Наземні системи LiDAR зазвичай використовують лазери з довжиною хвилі від 500 до 600 нм, а бортові системи LiDAR використовують лазери з більшою довжиною хвилі від 1000 до 1600 нм. Стандартна бортова установка LiDAR включає лазерний сканер, блок вимірювання відстані (блок дальноміру), а також системи контролю, моніторингу та запису. Вона також включає диференціальну глобальну систему позиціонування (DGPS) та інерціальний вимірювальний блок (IMU), часто інтегровані в єдину систему, відому як система позиціонування та орієнтації. Ця система надає точні дані про місцезнаходження (довгота, широта та висота) та орієнтацію (крен, тангаж та курс).

 Візерунки, за якими лазер сканує область, можуть бути різними, включаючи зигзагоподібні, паралельні або еліптичні шляхи. Поєднання даних DGPS і IMU, а також даних калібрування та параметрів кріплення дозволяє системі точно обробляти зібрані лазерні точки. Потім цим точкам призначаються координати (x, y, z) у географічній системі координат із використанням Всесвітньої геодезичної системи 1984 року (WGS84).

Як LiDARДистанційне зондуванняпрацює? Поясніть просто

Система LiDAR випромінює швидкі лазерні імпульси до цільового об’єкта або поверхні.

Лазерні імпульси відбиваються від цілі та повертаються до датчика LiDAR.

Датчик точно вимірює час, який потрібен кожному імпульсу для проходження до цілі та назад.

Використовуючи швидкість світла та час подорожі, розраховується відстань до цілі.

У поєднанні з даними про положення та орієнтацію від датчиків GPS та IMU визначаються точні 3D-координати лазерних відбитків.

У результаті утворюється щільна тривимірна хмара точок, що представляє скановану поверхню або об’єкт.

Фізичний принцип ЛіДАР

У системах LiDAR використовуються два типи лазерів: імпульсні та безперервні. Імпульсні системи LiDAR працюють, надсилаючи короткий світловий імпульс, а потім вимірюючи час, який потрібен цьому імпульсу для проходження до цілі та назад до приймача. Це вимірювання часу проходження туди й назад допомагає визначити відстань до цілі. Приклад показано на діаграмі, де відображаються амплітуди як переданого світлового сигналу (AT), так і прийнятого світлового сигналу (AR). Основне рівняння, яке використовується в цій системі, включає швидкість світла (c) і відстань до цілі (R), що дозволяє системі обчислити відстань на основі того, скільки часу потрібно для повернення світла.