LIDAR- eller 3D-laserskanning utvecklades i början av 1960-talet för ubåtdetektering från ett flygplan, och tidiga modeller användes framgångsrikt i början av 1970-talet. Numera är miljöforskningen svårt att föreställa sig utan användning av fjärranalysmetoder som ljusdetektering och rangering (LIDAR) och Radiovågdetektering och rangering (RADAR) . Hög rumslig och progressiv upplösning av mätningarna, möjligheten att observera atmosfären vid omgivande förhållanden och potentialen att täcka höjdområdet från marken till mer än 100 km höjd utgör LIDAR-instrumentens attraktivitet.

Mångfalden av interaktionsprocesser för den utsända strålningen med de atmosfäriska elementen kan användas i LIDAR för att möjliggöra bestämning av de grundläggande miljövariablerna för tillstånd, dvs. temperatur, tryck, luftfuktighet och vind, liksom den geografiska undersökningen, sänghöjd, studie av gruvor, täthet av skogar och kullar, studie på under havet (Bathymetry).

Hur fungerar LIDAR?

Arbetsprincipen för Light Detection and Ranging-systemet är egentligen ganska enkel. En LIDAR-sensor monterad på ett flygplan eller helikopter. Det genererar laserpulståg, som skickas till ytan / målet för att mäta tiden och det tar att återvända till källan. Den faktiska beräkningen för att mäta hur långt en returljusfoton har rest till och från ett objekt beräknas av

Avstånd = (Ljusets hastighet x Flygtiden) / 2

Exakta avstånd beräknas sedan till punkterna på marken och höjderna kan bestämmas tillsammans med markytan byggnader, vägar och vegetation kan registreras. Dessa höjder kombineras med digital flygfotografering för att producera en digital höjdmodell av jorden.

Ljusdetekterings- och avståndssystem

Laserinstrumentet avfyrar snabba pulser av laserljus mot en yta, vissa med upp till 150 000 pulser per sekund. En sensor på instrumentet mäter den tid det tar för varje puls att reflektera tillbaka. Ljuset rör sig med en konstant och känd hastighet så att LIDAR-instrumentet kan beräkna avståndet mellan sig själv och målet med hög noggrannhet. Genom att upprepa detta i snabb utveckling bygger instrumentet upp en komplex ”karta” av ytan som den mäter.

Med luftburet ljusdetektering och rangering måste andra uppgifter samlas in för att säkerställa noggrannhet. När sensorn rör sig i höjd måste instrumentets placering och orientering inkluderas för att bestämma positionen för laserpulsen vid tidpunkten för sändning och returtid. Denna extra information är avgörande för dataintegriteten. Med markbaserad detektering och avstånd från ljus en enda GPS-plats kan läggas till på varje plats där instrumentet är inställt.

LIDAR-systemtyper

Baserat på plattformen

Markbaserad LIDAR
Luftburet LIDAR
Spaceborne LIDAR

LiDAR-system baserade på plattform

Bade om fysisk process

Avståndsmätare LIDAR
DIAL LIDAR
LIDAR Doppler

Bade på spridningsprocessen

Min
Rayleigh
Raman
Fluorescens

Huvudkomponenter i LIDAR-system

De flesta system för ljusavkänning och rangering använder fyra huvudkomponenter

Komponenter för detektering av ljus och rangsystem

“vad mäter en potentiometer ”

Lasrar

Lasrarna kategoriseras efter deras våglängd. Luftburna ljusdetekterings- och avståndssystem använder 1064nm diodpumpade Nd: YAG-lasrar medan Bathymetriska system använder 532nm dubbeldiodpumpade Nd: YAG-lasrar som tränger in i vattnet med mindre dämpning än det luftburna systemet (1064nm). Bättre upplösning kan uppnås med kortare pulser förutsatt att mottagardetektorn och elektroniken har tillräcklig bandbredd för att hantera det ökade dataflödet.

Skannrar och optik

Hastigheten med vilken bilder kan utvecklas påverkas av den hastighet med vilken de kan skannas in i systemet. En mängd olika skanningsmetoder är tillgängliga för olika upplösningar, såsom azimut och höjd, skanner med dubbla axlar, dubbla oscillerande plana speglar och polygonala speglar. Optiken bestämmer räckvidden och upplösningen som kan detekteras av ett system.

Fotodetektor och mottagarelektronik

Fotodetektorn är en enhet som läser och registrerar den bakåtspridda signalen till systemet. Det finns två huvudtyper av fotodetektortekniker, halvledardetektorer, såsom kiselavalanche-fotodioder och fotomultiplikatorer.

Navigations- och positioneringssystem / GPS

När en sensor för ljusavkänning och avståndsmontering är monterad på en flygplatssatellit eller bilar är det nödvändigt att bestämma sensorns absoluta position och orientering för att bibehålla användbar data. GPS (globala positioneringssystem) tillhandahålla korrekt geografisk information angående sensorns position och en tröghetsmätningsenhet (IMU) registrerar sensorns exakta orientering vid den platsen. Dessa två enheter tillhandahåller metoden för att översätta sensordata till statiska punkter för användning i en mängd olika system.

Navigations- och positioneringssystem / GPS

LIDAR databehandling

Ljuddetekterings- och avståndsmekanismen samlar bara in höjddata och tillsammans med data från tröghetsmätningsenheten placeras med flygplanet och en GPS-enhet. Med hjälp av dessa system samlar ljusdetekterings- och avståndssensorn datapunkter, platsen för data registreras tillsammans med GPS-sensorn. Data krävs för att bearbeta returtiden för varje puls som sprids tillbaka till sensorn och beräkna de variabla avstånden från sensorn eller förändringar i landtäckningsytor. Efter undersökningen laddas ned data och bearbetas med specialdesignad datorprogramvara (LIDAR point Cloud Data Processing Software). Den slutliga utgången är korrekt, geografiskt registrerad longitud (X), latitud (Y) och höjd (Z) för varje datapunkt. LIDAR-kartläggningsdata består av höjdmätningar av ytan och uppnås genom topografiska undersökningar. Filformatet som används för att fånga och lagra LIDAR-data är en enkel textfil. Genom att använda höjdpunkter kan data användas för att skapa detaljerade topografiska kartor. Med dessa datapunkter tillåter de även generering av en digital höjdmodell av markytan.

Tillämpningar av LIDAR-system

Oceanografi

LIDAR används för beräkning av fytoplanktonfluorescens och biomassa i havsytan. Det används också för att mäta havsdjupet (bathymetry).

LiDAR i oceanografi

DEM (Digital Elevation Model)

Den har koordinaterna x, y, z. Höjdvärden kan användas överallt, på vägar, byggnader, broar och andra. Det har gjort det enkelt att fånga ytans höjd, längd och bredd.

Atmosfärisk fysik

LIDAR används för att mäta molntätheten och koncentrationen av syre, Co2, kväve, svavel och andra gaspartiklar i mitten och övre atmosfären.

Militär

LIDAR har alltid använts av militären för att förstå gränsen kring landet. Det skapar en högupplöst karta för det militära syftet.

Meteorologi

LIDAR har använts för att studera molnet och dess beteende. LIDAR använder sin våglängd för att slå små partiklar i molnet för att förstå molntätheten.

Flodundersökning

Greenlight (532 nm) Lasar i LIDAR används för att mäta undervattensinformation krävs för att förstå djup, bredd på floden, flödesstyrka och mer. För flodteknik extraheras dess tvärsnittsdata från Light Detection And Ranging data (DEM) för att skapa en flodmodell som skapar en översvämningskantkarta.

Flodundersökning med hjälp av LIDAR

Mikrotopografi

Light Detection And Ranging är mycket exakt och tydlig teknik, som använder laserpuls för att slå objektet. Regelbunden fotogrammetri eller annan kartläggningsteknik kan inte ge ythöjningsvärdet för skogens kapell. Men LIDAR kan tränga igenom objektet och detektera ytvärdet.

Har du grundläggande information om LIDAR och dess applikationer? Vi erkänner att ovanstående information klargör grunderna för ljusdetekterings- och avståndsmekanismkoncept med relaterade bilder och olika realtidsapplikationer. Vidare, eventuella tvivel angående detta koncept eller att genomföra elektroniska projekt, vänligen ge dina förslag och kommentarer till den här artikeln som du kan skriva i kommentarsektionen nedan. Här är en fråga till dig, Vilka är de olika typerna av ljusdetektering och rangering?