LIDAR ali 3D lasersko skeniranje je bilo razvito v zgodnjih šestdesetih letih za zaznavanje podmornic z letala, zgodnji modeli pa so bili uspešno uporabljeni v zgodnjih sedemdesetih letih. Dandanes si okoljskih raziskav težko predstavljamo brez uporabe tehnik daljinskega zaznavanja, kot sta zaznavanje in merjenje svetlobe (LIDAR) in Zaznavanje in doseg radijskih valov (RADAR) . Visoka prostorska in progresivna ločljivost meritev, možnost opazovanja ozračja v zunanjih pogojih in možnost pokrivanja višinskega razpona od tal do več kot 100 km nadmorske višine tvorijo privlačnost instrumentov LIDAR.
V LIDAR-u lahko uporabimo različne interakcijske procese oddanega sevanja z atmosferskimi elementi, da omogočimo določanje osnovnih okoljskih spremenljivk stanja, tj. Temperature, tlaka, vlage in vetra, pa tudi geografsko raziskovanje reke. nadmorska višina postelje, proučevanje min, gostota gozdov in gričev, študija pod morjem (Bathymetry).
Kako deluje LIDAR?
Princip delovanja sistema za zaznavanje in merjenje svetlobe je zelo preprost. Senzor LIDAR, nameščen na letalu ali helikopterju. Ustvari laserski impulzni vlak, ki ga pošlje na površino / tarčo za merjenje časa in traja, da se vrne na svoj izvor. Dejanski izračun za merjenje oddaljenosti fotona, ki se vrača do predmeta in od njega, se izračuna po
Razdalja = (hitrost svetlobe x čas leta) / 2
Nato se izračunajo natančne razdalje do točk na tleh in se lahko določijo nadmorske višine skupaj s talnimi zgradbami, cestami in vegetacijo. Te višine so v kombinaciji z digitalno aerofotografijo ustvarile digitalni model višine zemlje.
Sistem za zaznavanje in merjenje svetlobe
Laserski instrument sproži na površini hitre impulze laserske svetlobe, nekateri s hitrostjo do 150.000 impulzov na sekundo. Senzor na instrumentu meri, koliko časa traja, da se vsak impulz odbije nazaj. Svetloba se premika s konstantno in znano hitrostjo, tako da lahko instrument LIDAR z visoko natančnostjo izračuna razdaljo med seboj in tarčo. S ponovitvijo tega v hitrem napredovanju instrument ustvari zapleten 'zemljevid' površine, ki jo meri.
S zaznavanje in merjenje svetlobe v zraku , za zagotovitev točnosti je treba zbrati druge podatke. Ker se senzor premika po višini, morata biti vključeni lokacija in usmeritev instrumenta, da se določi položaj laserskega impulza v času pošiljanja in času vračanja. Te dodatne informacije so ključne za celovitost podatkov. S zemeljsko zaznavanje in merjenje svetlobe na vsaki lokaciji, kjer je instrument nastavljen, je mogoče dodati eno lokacijo GPS.
Vrste sistema LIDAR
Na podlagi platforme
- Zemeljski LIDAR
- LIDAR v zraku
- V vesolju LIDAR
Sistemi LiDAR na osnovi platforme
Predlagana fizikalnemu procesu
- Daljinomer LIDAR
- DIAL LIDAR
- LIDAR Doppler
Bade na postopek razprševanja
- Moj
- Rayleigh
- Raman
- Fluorescenca
Glavne komponente sistemov LIDAR
Večina sistemov za zaznavanje in merjenje svetlobe uporablja štiri glavne komponente
Komponente sistemov za zaznavanje svetlobe in razdalje
Laserji
Laserji so razvrščeni po njihovi valovni dolžini. Sistemi za zaznavanje in merjenje svetlobe v zraku uporabljajo laserje Nd: YAG z 1064nm diodno črpalko, medtem ko Bathymetric sistemi uporabljajo Nd: YAG laserje z dvojno diodo črpajo 532nm, ki prodrejo v vodo z manj dušenja kot zračni sistem (1064nm). Boljšo ločljivost lahko dosežemo s krajšimi impulzi, če imata detektor sprejemnika in elektronika dovolj pasovne širine za upravljanje povečanega pretoka podatkov.
Optični bralniki in optika
Na hitrost razvijanja slik vpliva hitrost skeniranja v sistem. Na voljo so različni načini skeniranja za različne ločljivosti, kot so azimut in višina, dvoosni skener, dvojna nihajna ravninska ogledala in poligonalna ogledala. Vrsta optike določa domet in ločljivost, ki ju lahko sistem zazna.
Fotodetektor in sprejemna elektronika
Fotodetektor je naprava, ki bere in snema povratno razpršeni signal v sistem. Obstajata dve glavni vrsti fotodetektorskih tehnologij, polprevodniški detektorji, kot so silicijeve snežne fotodiode in fotomultiplikatorji.
Sistemi za navigacijo in določanje položaja / GPS
Ko je senzor za zaznavanje in merjenje svetlobe nameščen na letalskem satelitu ali avtomobilih, je treba določiti absolutni položaj in usmeritev senzorja, da se ohranijo uporabni podatki. Globalni sistemi za določanje položaja (GPS) zagotovite natančne geografske informacije o položaju senzorja, inercialna merilna enota (IMU) pa zabeleži natančno usmeritev senzorja na tem mestu. Ti dve napravi omogočata prevajanje podatkov senzorjev v statične točke za uporabo v različnih sistemih.
Sistemi za navigacijo in določanje položaja / GPS
Obdelava podatkov LIDAR
Mehanizem za zaznavanje in merjenje svetlobe samo zbira podatke o nadmorski višini in je skupaj s podatki Inercialne merilne enote nameščen zrakoplovu in enoti GPS. S pomočjo teh sistemov senzor za zaznavanje in merjenje svetlobe zbira podatkovne točke, lokacija podatkov se zabeleži skupaj s senzorjem GPS. Podatki so potrebni za obdelavo povratnega časa za vsak impulz, razpršen nazaj na senzor, in za izračun spremenljivih razdalj od senzorja ali sprememb površin tal. Po anketi se podatki prenesejo in obdelajo s pomočjo posebej zasnovane računalniške programske opreme (LIDAR point Cloud Data Processing Software). Končni izhod je natančen, geografsko registrirana zemljepisna dolžina (X), zemljepisna širina (Y) in nadmorska višina (Z) za vsako podatkovno točko. Podatki o kartiranju LIDAR so sestavljeni iz višinskih meritev površine in so pridobljeni z zračnimi topografskimi posnetki. Format datoteke, ki se uporablja za zajem in shranjevanje podatkov LIDAR, je preprosta besedilna datoteka. Z uporabo višinskih točk lahko podatke uporabimo za izdelavo podrobnih topografskih zemljevidov. S temi podatkovnimi točkami omogočajo tudi izdelavo digitalnega modela višine tal.
Uporaba sistemov LIDAR
Oceanografija
LIDAR se uporablja za izračun fluorescence fitoplanktona in biomase na površini oceana. Uporablja se tudi za merjenje globine oceana (batimetrija).
LiDAR v oceanografiji
DEM (digitalni model višine)
Ima koordinate x, y, z. Vrednosti nadmorske višine se lahko uporabljajo povsod, na cestah, stavbah, mostu in drugih. Omogočil je enostavno zajemanje višine, dolžine in širine površine.
Atmosferska fizika
LIDAR se uporablja za merjenje gostote oblakov in koncentracije kisika, Co2, dušika, žvepla in drugih delcev plina v srednji in zgornji atmosferi.
Vojaški
LIDAR so vojaki že od nekdaj uporabljali za razumevanje meje okoliške dežele. Ustvari zemljevid visoke ločljivosti za vojaške namene.
Meteorologija
LIDAR je bil uporabljen za preučevanje oblaka in njegovega vedenja. LIDAR s svojo valovno dolžino udari majhne delce v oblaku, da bi razumel gostoto oblakov.
Rečni pregled
Greenlight (532 nm) Lasar LIDAR se uporablja za merjenje podvodnih informacij, potrebnih za razumevanje globine, širine reke, moči pretoka in še več. Za rečno tehniko so podatki o prerezu pridobljeni iz podatkov o zaznavanju in merjenju svetlobe (DEM), da se ustvari model reke, ki bo ustvaril zemljevid obrobnih poplav.
Raziskovanje rek z uporabo LIDAR
Mikrotopografija
Zaznavanje in merjenje svetlobe je zelo natančna in jasna tehnologija, ki uporablja laserski impulz za udarjanje v objekt. Redna fotogrametrija ali druga raziskovalna tehnologija ne more dati površinske višinske vrednosti gozdnih krošenj. Toda LIDAR lahko prodre skozi objekt in zazna površinsko vrednost.
Ali imate osnovne informacije o LIDAR-ju in njegovih aplikacijah? Zavedamo se, da zgornje informacije pojasnjujejo osnove koncepta mehanizma za zaznavanje in merjenje svetlobe s povezanimi slikami in različnimi aplikacijami v realnem času. Poleg tega, če imate kakršne koli dvome glede tega koncepta ali izvedbe kakršnih koli elektronskih projektov, prosimo, dajte svoje predloge in komentarje v zvezi s tem člankom v spodnjem oddelku za komentarje. Tukaj je vprašanje za vas, Katere so različne vrste zaznavanja in merjenja svetlobe?
