LiDAR nuotolinis aptikimas: principas, taikymas, nemokami ištekliai ir programinė įranga

Oro LiDAR jutikliaigali užfiksuoti konkrečius taškus iš lazerio impulso, vadinamo diskretiniais grįžtamaisiais matavimais, arba įrašyti visą grįžtantį signalą, vadinamą visa bangos forma, fiksuotais intervalais, pvz., 1 ns (kuris apima apie 15 cm).Visos bangos formos LiDAR dažniausiai naudojamas miškininkystėje, o diskrečiojo grąžinimo LiDAR pritaikymas įvairiose srityse yra platesnis.Šiame straipsnyje pirmiausia aptariamas atskiro grąžinimo LiDAR ir jo naudojimas.Šiame skyriuje apžvelgsime keletą pagrindinių LiDAR temų, įskaitant pagrindinius jo komponentus, jo veikimą, tikslumą, sistemas ir turimus išteklius.

Pagrindiniai LiDAR komponentai

Antžeminėse LiDAR sistemose paprastai naudojami lazeriai, kurių bangos ilgis yra nuo 500 iki 600 nm, o ore esančiose LiDAR sistemose naudojami lazeriai, kurių bangos ilgis yra nuo 1000 iki 1600 nm.Standartinė LiDAR sąranka apima lazerinį skaitytuvą, atstumo matavimo įrenginį (nuotolinio matavimo vienetą) ir valdymo, stebėjimo ir įrašymo sistemas.Ji taip pat apima diferencinę globalią padėties nustatymo sistemą (DGPS) ir inercinį matavimo vienetą (IMU), dažnai integruotą į vieną sistemą, žinomą kaip padėties ir orientacijos sistema.Ši sistema pateikia tikslius vietos (ilgumos, platumos ir aukščio) ir orientacijos (svyravimo, žingsnio ir krypties) duomenis.

 Modeliai, kuriais lazeris nuskaito sritį, gali skirtis, įskaitant zigzaginius, lygiagrečius ar elipsinius kelius.DGPS ir IMU duomenų derinys kartu su kalibravimo duomenimis ir montavimo parametrais leidžia sistemai tiksliai apdoroti surinktus lazerio taškus.Tada šiems taškams priskiriamos koordinatės (x, y, z) geografinėje koordinačių sistemoje, naudojant 1984 m. Pasaulinės geodezinės sistemos (WGS84) atskaitos tašką.

Kaip LiDARNuotolinis jutimasVeikia?Paaiškinkite paprastu būdu

LiDAR sistema skleidžia greitus lazerio impulsus į tikslinį objektą arba paviršių.

Lazerio impulsai atsispindi nuo taikinio ir grįžta į LiDAR jutiklį.

Jutiklis tiksliai matuoja laiką, per kurį kiekvienas impulsas nukeliauja iki tikslo ir atgal.

Naudojant šviesos greitį ir kelionės laiką, apskaičiuojamas atstumas iki taikinio.

Kartu su GPS ir IMU jutiklių padėties ir orientacijos duomenimis nustatomos tikslios 3D lazerio atspindžių koordinatės.

Dėl to susidaro tankus 3D taškų debesis, vaizduojantis nuskaitytą paviršių arba objektą.

Fizinis LiDAR principas

LiDAR sistemose naudojami dviejų tipų lazeriai: impulsiniai ir nuolatinės bangos.Impulsinės LiDAR sistemos veikia siųsdamos trumpą šviesos impulsą ir išmatuodami laiką, per kurį šis impulsas nukeliauja į taikinį ir atgal į imtuvą.Šis kelionės pirmyn ir atgal laiko matavimas padeda nustatyti atstumą iki taikinio.Pavyzdys parodytas diagramoje, kurioje rodomos tiek perduodamo šviesos signalo (AT), tiek gauto šviesos signalo (AR) amplitudės.Šioje sistemoje naudojama pagrindinė lygtis apima šviesos greitį (c) ir atstumą iki taikinio (R), todėl sistema gali apskaičiuoti atstumą pagal tai, kiek laiko užtrunka, kol šviesa grįžta.