Laserové skenovanie LIDAR alebo 3D bolo vyvinuté začiatkom 60. rokov 20. storočia na detekciu ponoriek z lietadla a prvé modely sa úspešne používali začiatkom 70. rokov. V súčasnosti je environmentálny výskum ťažko predstaviteľný bez použitia techník diaľkového snímania, ako je detekcia a meranie vzdialenosti (LIDAR) a Detekcia a rozsah rádiových vĺn (RADAR) . Atraktivitu prístrojov LIDAR tvoria vysoké priestorové a progresívne rozlíšenie meraní, možnosť pozorovania atmosféry za podmienok okolia a potenciál pokrytia výškového rozsahu od zeme po viac ako 100 km nadmorskej výšky.
Rôzne procesy interakcie emitovaného žiarenia s atmosférickými prvkami môžu byť v prístroji LIDAR použité na stanovenie základných stavových premenných prostredia, tj. Teploty, tlaku, vlhkosti a vetra, ako aj na geografický prieskum, rieku koryto, štúdium baní, hustota lesov a kopcov, štúdium pod morom (batymetria).
Ako funguje LIDAR?
Princíp fungovania systému detekcie a dosahu svetla je skutočne dosť jednoduchý. Senzor LIDAR namontovaný na lietadle alebo vrtuľníku. Generuje laserový sled impulzov, ktorý sa vysiela na povrch / cieľ, aby zmeral čas a je potrebný na návrat k jeho zdroju. Skutočný výpočet na meranie toho, ako ďaleko prešiel fotón vracajúceho sa svetla k objektu a z objektu, sa počíta z
Vzdialenosť = (rýchlosť svetla x čas letu) / 2
Potom sa vypočítajú presné vzdialenosti k bodom na zemi a môžu sa určiť nadmorské výšky spolu so zemným povrchom, môžu sa zaznamenať budovy, cesty a vegetácia. Tieto výšky sú kombinované s digitálnym leteckým snímaním, aby sa vytvoril digitálny výškový model Zeme.
Systém detekcie a nastavenia dosahu svetla
Laserový prístroj vystreľuje rýchle impulzy laserového svetla na povrch, niektoré rýchlosťou až 150 000 impulzov za sekundu. Senzor na prístroji meria čas potrebný na odraz každého impulzu. Svetlo sa pohybuje konštantnou a známou rýchlosťou, takže prístroj LIDAR dokáže s vysokou presnosťou vypočítať vzdialenosť medzi sebou a cieľom. Opakovaním tohto v rýchlom postupe prístroj vytvorí komplexnú „mapu“ povrchu, ktorý meria.
S detekcia a meranie vzdialenosti vo vzduchu , je potrebné zhromaždiť ďalšie údaje, aby sa zabezpečila presnosť. Pretože snímač pohybuje výškou, je potrebné zahrnúť umiestnenie a orientáciu prístroja, aby sa určila poloha laserového impulzu v čase odoslania a v čase návratu. Tieto ďalšie informácie sú rozhodujúce pre integritu údajov. S pozemná detekcia a meranie vzdialenosti na každé miesto, kde je prístroj nastavený, je možné pridať jedno GPS umiestnenie.
Typy systémov LIDAR
Na základe Platformy
- Pozemný LIDAR
- Vzdušný LIDAR
- Vesmírny LIDAR
Systémy LiDAR založené na platforme
Zlé na fyzickom procese
- Diaľkomer LIDAR
- DIAL LIDAR
- LIDAR Doppler
Proces Bade on Scattering
- Môj
- Rayleigh
- Raman
- Fluorescencia
Hlavné komponenty systémov LIDAR
Väčšina systémov na detekciu a meranie vzdialenosti používa štyri hlavné komponenty
Súčasti systémov na detekciu a meranie vzdialenosti
Lasery
Lasery sú kategorizované podľa ich vlnovej dĺžky. Systémy na detekciu a meranie vzdialenosti šíriace sa vzduchom používajú lasery Nd: YAG pracujúce s diódami 1064 nm, zatiaľ čo batymetrické systémy používajú lasery Nd: YAG s dvojitou diódou čerpané 532 nm, ktoré prenikajú do vody s menším útlmom ako vzduchom prenášaný systém (1064 nm). Lepšie rozlíšenie je možné dosiahnuť kratšími impulzmi za predpokladu, že detektor prijímača a elektronika majú dostatočnú šírku pásma na zvládnutie zvýšeného toku údajov.
Skenery a optika
Rýchlosť, s akou je možné vytvárať obrázky, je ovplyvnená rýchlosťou, s akou je ich možné skenovať do systému. K dispozícii je celý rad metód skenovania pre rôzne rozlíšenia, ako napríklad azimut a elevácia, dvojosový skener, zrkadlá s dvojitou oscilačnou rovinou a polygonálne zrkadlá. Typ optiky určuje rozsah a rozlíšenie, ktoré dokáže systém zistiť.
Fotodetektor a elektronika prijímača
Fotodetektor je zariadenie, ktoré číta a zaznamenáva spätne rozptýlený signál do systému. Existujú dva hlavné typy fotodetektorových technológií, detektory v pevnej fáze, ako napríklad lavínové fotodiódy a fotonásobiče.
Navigačné a pozičné systémy / GPS
Keď je senzor detekcie a dosahu svetla namontovaný na lietadlovom satelite alebo automobile, je potrebné určiť absolútnu polohu a orientáciu senzora, aby sa zachovali použiteľné údaje. Globálne pozičné systémy (GPS) poskytujú presné geografické informácie týkajúce sa polohy snímača a jednotka inerciálnej merania (IMU) zaznamenáva presnú orientáciu snímača v danom mieste. Tieto dve zariadenia poskytujú metódu na prevod údajov snímača do statických bodov na použitie v rôznych systémoch.
Navigačné a pozičné systémy / GPS
Spracovanie údajov LIDAR
Mechanizmus detekcie a dosahu svetla iba zhromažďuje údaje o nadmorskej výške a spolu s údajmi inerciálnej meracej jednotky je umiestnený spolu s lietadlom a jednotkou GPS. S pomocou týchto systémov senzor detekcie a dosahu svetla zhromažďuje dátové body, umiestnenie dát sa zaznamenáva spolu so senzorom GPS. Údaje sú potrebné na spracovanie času návratu pre každý impulz rozptýlený späť k senzoru a výpočet premenných vzdialeností od senzora alebo zmien povrchov krajinnej pokrývky. Po ukončení prieskumu sa údaje sťahujú a spracúvajú pomocou špeciálne navrhnutého počítačového softvéru (LIDAR point Cloud Data Processing Software). Konečný výstup je presná, geograficky zaznamenaná zemepisná dĺžka (X), zemepisná šírka (Y) a nadmorská výška (Z) pre každý údajový bod. Mapové dáta LIDAR pozostávajú z výškových meraní povrchu a sú získavané prostredníctvom leteckých topografických prieskumov. Formát súboru, ktorý sa používa na zaznamenávanie a ukladanie údajov LIDAR, je jednoduchý textový súbor. Pomocou výškových bodov je možné údaje použiť na vytvorenie podrobných topografických máp. S týmito údajovými bodmi dokonca umožňujú aj generovanie digitálneho výškového modelu povrchu zeme.
Aplikácie systémov LIDAR
Oceánografia
LIDAR sa používa na výpočet fluorescencie fytoplanktónu a biomasy na povrchu oceánu. Používa sa tiež na meranie hĺbky oceánu (batymetria).
LiDAR v oceánografii
DEM (digitálny výškový model)
Má súradnice x, y, z. Hodnoty nadmorskej výšky je možné použiť všade, na cestách, budovách, mostoch a ďalších. Ľahko sa podarilo zachytiť výšku, dĺžku a šírku povrchu.
Fyzikálna atmosféra
LIDAR sa používa na meranie hustoty mrakov a koncentrácie kyslíka, Co2, dusíka, síry a iných plynných častíc v strednej a vyššej atmosfére.
Vojenské
LIDAR vždy používali vojenskí ľudia na pochopenie hraníc obklopujúcich pevninu. Vytvára mapu s vysokým rozlíšením pre vojenské účely.
Meteorológia
LIDAR sa používal na štúdium cloudu a jeho správania. LIDAR používa svoju vlnovú dĺžku na zasiahnutie malých častíc v oblaku, aby pochopil hustotu oblaku.
Prieskum riek
Greenlight (532 nm) Lasar prístroja LIDAR sa používa na meranie informácií pod vodou, ktoré sú potrebné na pochopenie hĺbky, šírky rieky, sily toku a ďalších. Pre riečne inžinierstvo sa údaje o jeho priereze extrahujú z údajov o detekcii a dosahu svetla (DEM), aby sa vytvoril model rieky, ktorý vytvorí mapu záplavového okraja.
Prieskum riek pomocou systému LIDAR
Mikro-topografia
Light Detection And Ranging je veľmi presná a jasná technológia, ktorá využíva laserový impulz na zasiahnutie objektu. Pravidelná fotogrametria alebo iná technológia prieskumu nemôže dať hodnotu prevýšenia lesného vrchlíka. Ale LIDAR môže preniknúť cez objekt a zistiť povrchovú hodnotu.
Máte základné informácie o systéme LIDAR a jeho aplikáciách? Berieme na vedomie, že vyššie uvedené informácie objasňujú základy koncepcie mechanizmu detekcie a dosahu svetla s príslušnými obrázkami a rôznymi aplikáciami v reálnom čase. V prípade akýchkoľvek pochybností týkajúcich sa tohto konceptu alebo implementácie akýchkoľvek elektronických projektov uveďte svoje návrhy a komentáre k tomuto článku, ktoré môžete napísať do sekcie komentárov nižšie. Tu je otázka pre vás, Aké sú rôzne typy detekcie a dosahu svetla?
