Scanarea laser LIDAR sau 3D a fost dezvoltată la începutul anilor 1960 pentru detectarea submarinelor de pe o aeronavă, iar primele modele au fost utilizate cu succes la începutul anilor 1970. În prezent, cercetarea de mediu este greu de imaginat fără utilizarea tehnicilor de teledetecție, cum ar fi detectarea și distanța luminii (LIDAR) și Detectarea și distanțarea undelor radio (RADAR) . Rezoluția spațială și progresivă ridicată a măsurătorilor, posibilitatea de a observa atmosfera în condiții ambientale și potențialul de acoperire a înălțimii de la sol la peste 100 km altitudine alcătuiesc atractivitatea instrumentelor LIDAR.
Varietatea proceselor de interacțiune a radiației emise cu elementele atmosferice poate fi utilizată în LIDAR pentru a permite determinarea variabilelor de mediu de bază ale stării, adică temperatura, presiunea, umiditatea și vântul, precum și sondajul geografic, râul ridicarea patului, studiul minelor, densitatea pădurilor și dealurilor, studiul sub mare (Batimetrie).
Cum funcționează LIDAR?
Principiul de funcționare al sistemului de detectare și distanță a luminii este într-adevăr destul de simplu. Un senzor LIDAR montat pe un avion sau elicopter. Acesta generează tren de impulsuri laser, care este trimis la suprafață / țintă pentru a măsura timpul și este nevoie pentru a reveni la sursa sa. Calculul real pentru măsurarea distanței în care un foton luminos se întoarce către și de la un obiect este calculat de
Distanță = (Viteza luminii x Timp de zbor) / 2
Distanțele exacte sunt apoi calculate până la punctele de la sol și se pot determina cotele împreună cu suprafața solului, se pot înregistra clădiri, drumuri și vegetație. Aceste înălțimi sunt combinate cu fotografia aeriană digitală pentru a produce un model digital de înălțime al pământului.
Sistem de detectare și distanță a luminii
Instrumentul cu laser declanșează impulsuri rapide de lumină laser pe o suprafață, unele cu până la 150.000 de impulsuri pe secundă. Un senzor de pe instrument măsoară timpul necesar pentru ca fiecare impuls să se reflecte înapoi. Lumina se mișcă la o viteză constantă și cunoscută, astfel încât instrumentul LIDAR să poată calcula distanța dintre el și țintă cu o precizie ridicată. Repetând acest lucru în progresie rapidă, instrumentul construiește o „hartă” complexă a suprafeței pe care o măsoară.
Cu detectarea și distanța luminii în aer , trebuie colectate alte date pentru a asigura acuratețea. Deoarece senzorul se deplasează pe înălțime, locația și orientarea instrumentului trebuie să fie incluse pentru a determina poziția impulsului laser la momentul trimiterii și la momentul întoarcerii. Aceste informații suplimentare sunt cruciale pentru integritatea datelor. Cu detectarea și distanțarea luminii la sol o singură locație GPS poate fi adăugată la fiecare locație în care este configurat instrumentul.
Tipuri de sistem LIDAR
Bazat pe platformă
- LIDAR la sol
- LIDAR în aer
- LIDAR în spațiu
Sisteme LiDAR bazate pe platformă
Bade on Physical Process
- Telemetru LIDAR
- DIAL LIDAR
- LIDAR Doppler
Bade on Scattering Process
- Ale mele
- Rayleigh
- Raman
- Fluorescenţă
Componentele principale ale sistemelor LIDAR
Majoritatea sistemelor de detectare a luminii și a distanței utilizează patru componente principale
Componente ale sistemelor de detectare și distanță a luminii
Lasere
Laserele sunt clasificate după lungimea lor de undă. Sistemele de detectare și distanță ale luminii aeriene utilizează lasere Nd: YAG pompate cu diode de 1064nm, în timp ce sistemele batimetrice utilizează lasere Nd: YAG pompate cu diodă de 532nm care pătrund în apă cu o atenuare mai mică decât sistemul aeropurtat (1064nm). O rezoluție mai bună poate fi obținută cu impulsuri mai scurte, cu condiția ca detectorul receptorului și electronica să aibă o lățime de bandă suficientă pentru a gestiona fluxul de date crescut.
Scannere și optică
Viteza cu care imaginile pot fi dezvoltate este afectată de viteza cu care poate fi scanată în sistem. O varietate de metode de scanare este disponibilă pentru rezoluții diferite, cum ar fi azimut și elevație, scaner cu două axe, oglinzi cu plan oscilant dual și oglinzi poligonale. Tipul de optică determină intervalul și rezoluția care pot fi detectate de un sistem.
Fotodetector și receptor electronic
Fotodetectorul este un dispozitiv care citește și înregistrează semnalul retrodifuzat către sistem. Există două tipuri principale de tehnologii de fotodetector, detectoare de stare solidă, cum ar fi fotodiodele de avalanșă de siliciu și fotomultiplicatorii.
Sisteme de navigare și poziționare / GPS
Atunci când un senzor de detectare a luminii și a distanței este montat pe un satelit de avion sau pe automobile, este necesar să se determine poziția absolută și orientarea senzorului pentru a menține datele utilizabile. Sisteme de poziționare globală (GPS) furnizați informații geografice precise cu privire la poziția senzorului și o unitate de măsurare inerțială (IMU) înregistrează orientarea precisă a senzorului în acea locație. Aceste două dispozitive oferă metoda de traducere a datelor senzorilor în puncte statice pentru utilizare într-o varietate de sisteme.
Sisteme de navigare și poziționare / GPS
Prelucrarea datelor LIDAR
Mecanismul de detectare și distanță a luminii colectează doar date de înălțime și împreună cu datele unității de măsurare inerțială este plasat împreună cu aeronava și o unitate GPS. Cu ajutorul acestor sisteme, senzorul de detectare și distanță a luminii colectează puncte de date, locația datelor este înregistrată împreună cu senzorul GPS. Sunt necesare date pentru a procesa timpul de întoarcere pentru fiecare impuls împrăștiat înapoi la senzor și pentru a calcula distanțele variabile față de senzor sau modificările suprafețelor de acoperire a terenului. După sondaj, datele sunt descărcate și prelucrate utilizând un software special conceput (punctul LIDAR Software de procesare a datelor în cloud). Ieșirea finală este exactă, longitudine înregistrată geografic (X), latitudine (Y) și altitudine (Z) pentru fiecare punct de date. Datele de cartografiere LIDAR sunt compuse din măsurători ale înălțimii suprafeței și sunt obținute prin sondaje topografice aeriene. Formatul de fișier utilizat pentru captarea și stocarea datelor LIDAR este un fișier text simplu. Prin utilizarea punctelor de cota, datele pot fi utilizate pentru a crea hărți topografice detaliate. Cu aceste puncte de date chiar permit, de asemenea, generarea unui model digital de înălțime a suprafeței solului.
Aplicații ale sistemelor LIDAR
Oceanografie
LIDAR este utilizat pentru calcularea fluorescenței și biomasei fitoplanctonului la suprafața oceanului. Se folosește și pentru măsurarea adâncimii oceanului (batimetrie).
LiDAR în Oceanografie
DEM (Model digital de ridicare)
Are coordonate x, y, z. Valorile de cota pot fi utilizate oriunde, pe drumuri, clădiri, pod și altele. A facilitat captarea înălțimii, lungimii și lățimii suprafeței.
Fizica atmosferică
LIDAR este utilizat pentru a măsura densitatea norilor și concentrația de oxigen, Co2, azot, sulf și alte particule de gaz din atmosfera medie și superioară.
Militar
LIDAR a fost întotdeauna folosit de militari pentru a înțelege granița care înconjoară pământul. Creează o hartă de înaltă rezoluție în scop militar.
Meteorologie
LIDAR a fost utilizat pentru studiul norului și comportamentul acestuia. LIDAR își folosește lungimea de undă pentru a lovi particulele mici din nor pentru a înțelege densitatea norilor.
Survey River
Greenlight (532 nm) Lasar din LIDAR este utilizat pentru măsurarea informațiilor subacvatice, necesare pentru a înțelege adâncimea, lățimea râului, puterea debitului și multe altele. Pentru ingineria râului, datele secțiunii sale transversale sunt extrase din datele de detectare și distanță a luminii (DEM) pentru a crea un model de râu, care va crea o hartă cu margini de inundații.
Sondaj fluvial folosind LIDAR
Micro-topografie
Detectarea și distanțarea luminii este o tehnologie foarte precisă și clară, care utilizează pulsul laser pentru a lovi obiectul. Fotogrametria obișnuită sau altă tehnologie de sondaj nu poate da valoarea de înălțime a suprafeței copertinei pădurii. Dar LIDAR poate pătrunde prin obiect și detecta valoarea suprafeței.
Aveți informațiile de bază despre LIDAR și aplicațiile sale? Recunoaștem că informațiile furnizate mai sus clarifică noțiunile de bază ale conceptului de detectare a luminii și a mecanismului Ranging cu imagini conexe și diverse aplicații în timp real. Mai mult, orice îndoieli cu privire la acest concept sau la implementarea oricăror proiecte electronice, vă rugăm să oferiți sugestii și comentarii cu privire la acest articol pe care le puteți scrie în secțiunea de comentarii de mai jos. Iată o întrebare pentru tine, Care sunt diferitele tipuri de detectare și distanță a luminii?
