Η σάρωση με λέιζερ LIDAR ή 3D αναπτύχθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1960 για ανίχνευση υποβρυχίων από ένα αεροσκάφος και τα πρώτα μοντέλα χρησιμοποιήθηκαν με επιτυχία στις αρχές της δεκαετίας του 1970. Σήμερα, η περιβαλλοντική έρευνα είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς χωρίς τη χρήση τεχνικών τηλεανίχνευσης όπως το Light Detection and Ranging (LIDAR) και Ανίχνευση και εύρος ραδιοκυμάτων (RADAR) . Η υψηλή χωρική και προοδευτική ανάλυση των μετρήσεων, η δυνατότητα παρατήρησης της ατμόσφαιρας σε συνθήκες περιβάλλοντος και η δυνατότητα κάλυψης του ύψους από το έδαφος έως το υψόμετρο άνω των 100 km αποτελούν την ελκυστικότητα των οργάνων LIDAR.
Η ποικιλία διαδικασιών αλληλεπίδρασης της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας με τα ατμοσφαιρικά στοιχεία μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο LIDAR για να επιτρέψει τον προσδιορισμό των βασικών περιβαλλοντικών μεταβλητών της κατάστασης, δηλαδή της θερμοκρασίας, της πίεσης, της υγρασίας και του ανέμου, καθώς και της γεωγραφικής έρευνας, του ποταμού ανύψωση κλίνης, μελέτη των ορυχείων, πυκνότητα δασών και λόφων, μελέτη κάτω από τη θάλασσα (Βαθυμετρία).
Πώς λειτουργεί το LIDAR;
Η αρχή λειτουργίας του συστήματος ανίχνευσης φωτός και Ranging είναι πραγματικά πολύ απλή. Ένας αισθητήρας LIDAR τοποθετημένος σε αεροσκάφος ή ελικόπτερο. Δημιουργεί παλμική αμαξοστοιχία λέιζερ, η οποία αποστέλλεται στην επιφάνεια / στόχο για τη μέτρηση του χρόνου και χρειάζεται για να επιστρέψει στην πηγή του. Ο πραγματικός υπολογισμός για τη μέτρηση του πόσο μακριά έχει ταξιδέψει ένα φωτόνιο φωτός που επιστρέφει προς και από ένα αντικείμενο υπολογίζεται από
Απόσταση = (Ταχύτητα φωτός x Χρόνος πτήσης) / 2
Στη συνέχεια, οι ακριβείς αποστάσεις υπολογίζονται στα σημεία στο έδαφος και μπορούν να προσδιοριστούν τα υψόμετρα μαζί με τα κτίρια της επιφάνειας του εδάφους, οι δρόμοι και η βλάστηση μπορούν να καταγραφούν. Αυτά τα υψόμετρα συνδυάζονται με ψηφιακή αεροφωτογράφηση για να παράγουν ένα ψηφιακό μοντέλο ανύψωσης της γης.
Σύστημα ανίχνευσης φωτός και εύρους
Το όργανο λέιζερ πυροδοτεί γρήγορους παλμούς φωτός λέιζερ σε μια επιφάνεια, μερικοί έως και 150.000 παλμούς ανά δευτερόλεπτο. Ένας αισθητήρας στο όργανο μετρά το χρονικό διάστημα που απαιτείται για κάθε παλμό για ανάκλαση. Το φως κινείται με σταθερή και γνωστή ταχύτητα, ώστε το όργανο LIDAR να μπορεί να υπολογίσει την απόσταση μεταξύ του και του στόχου με υψηλή ακρίβεια. Επαναλαμβάνοντας αυτό σε γρήγορη εξέλιξη, το όργανο δημιουργεί έναν περίπλοκο «χάρτη» της επιφάνειας που μετρά.
Με Ανίχνευση φωτός και εύρος αέρα , πρέπει να συλλέγονται άλλα δεδομένα για να διασφαλιστεί η ακρίβεια. Καθώς ο αισθητήρας κινείται ύψος, η θέση και ο προσανατολισμός του οργάνου πρέπει να συμπεριληφθούν για τον προσδιορισμό της θέσης του παλμού λέιζερ κατά τη στιγμή της αποστολής και του χρόνου επιστροφής. Αυτές οι επιπλέον πληροφορίες είναι ζωτικής σημασίας για την ακεραιότητα των δεδομένων. Με επίγεια ανίχνευση φωτός και εύρος μπορεί να προστεθεί μία θέση GPS σε κάθε θέση όπου έχει ρυθμιστεί το όργανο.
Τύποι συστήματος LIDAR
Με βάση την πλατφόρμα
- Επίγεια LIDAR
- Αερομεταφερόμενο LIDAR
- Spaceborne LIDAR
Τα συστήματα LiDAR βασίζονται σε πλατφόρμα
Bade on Physical Process
- LIDAR αποστασιομέτρων
- ΓΕΝΙΚΟ ΛΙΠΑΡ
- LIDAR Doppler
Bade on Διασκορπιστική Διαδικασία
- Μου
- Ρέιλι
- Ραμάν
- Φθορισμός
Κύρια συστατικά των συστημάτων LIDAR
Τα περισσότερα συστήματα ανίχνευσης φωτός και Ranging χρησιμοποιούν τέσσερα κύρια συστατικά
Εξαρτήματα συστημάτων ανίχνευσης φωτός και εύρους
Λέιζερ
Τα λέιζερ κατηγοριοποιούνται από το μήκος κύματος τους. Τα συστήματα Airborne Light Detection and Ranging χρησιμοποιούν λέιζερ Nd: YAG που αντλούνται με δίοδο 1064nm ενώ τα βαθυμετρικά συστήματα χρησιμοποιούν λέιζερ Nd: YAG αντλούμενα με διπλή δίοδο 532nm που διεισδύουν στο νερό με λιγότερη εξασθένηση από το αερομεταφερόμενο σύστημα (1064nm). Καλύτερη ανάλυση μπορεί να επιτευχθεί με μικρότερους παλμούς υπό τον όρο ότι ο ανιχνευτής δέκτη και τα ηλεκτρονικά έχουν επαρκές εύρος ζώνης για τη διαχείριση της αυξημένης ροής δεδομένων.
Σαρωτές και οπτικά
Η ταχύτητα με την οποία μπορούν να αναπτυχθούν οι εικόνες επηρεάζεται από την ταχύτητα με την οποία μπορούν να σαρωθούν στο σύστημα. Διατίθεται μια ποικιλία μεθόδων σάρωσης για διαφορετικές αναλύσεις, όπως αζιμούθιο και υψόμετρο, σαρωτής διπλού άξονα, καθρέπτες διπλού ταλαντωμένου επιπέδου και πολυγωνικοί καθρέφτες. Ο τύπος οπτικής καθορίζει το εύρος και την ανάλυση που μπορούν να ανιχνευθούν από ένα σύστημα.
Ηλεκτρονικά φωτοανιχνευτή και δέκτη
Ο φωτοανιχνευτής είναι μια συσκευή που διαβάζει και καταγράφει το backscatter σήμα στο σύστημα. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι τεχνολογιών φωτοανιχνευτή, ανιχνευτές στερεάς κατάστασης, όπως φωτοδιόδους χιονοστιβάδας πυριτίου και φωτοπολλαπλασιαστές.
Συστήματα πλοήγησης και εντοπισμού θέσης / GPS
Όταν ένας αισθητήρας ανίχνευσης φωτός και εύρους είναι τοποθετημένος σε δορυφόρο ή αυτοκίνητα αεροπλάνου, είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η απόλυτη θέση και ο προσανατολισμός του αισθητήρα για τη διατήρηση χρήσιμων δεδομένων. Παγκόσμια συστήματα εντοπισμού θέσης (GPS) παρέχει ακριβείς γεωγραφικές πληροφορίες σχετικά με τη θέση του αισθητήρα και μια μονάδα αδρανειακής μέτρησης (IMU) καταγράφει τον ακριβή προσανατολισμό του αισθητήρα σε αυτήν τη θέση. Αυτές οι δύο συσκευές παρέχουν τη μέθοδο για τη μετάφραση δεδομένων αισθητήρα σε στατικά σημεία για χρήση σε μια ποικιλία συστημάτων.
Συστήματα πλοήγησης και εντοπισμού θέσης / GPS
Επεξεργασία δεδομένων LIDAR
Ο μηχανισμός ανίχνευσης φωτός και Ranging συλλέγει μόνο δεδομένα ανύψωσης και μαζί με τα δεδομένα της αδρανούς μονάδας μέτρησης τοποθετούνται με το αεροσκάφος και μια μονάδα GPS. Με τη βοήθεια αυτών των συστημάτων ο αισθητήρας ανίχνευσης φωτός και εύρους συλλέγει σημεία δεδομένων, η θέση των δεδομένων καταγράφεται μαζί με τον αισθητήρα GPS. Απαιτούνται δεδομένα για την επεξεργασία του χρόνου επιστροφής για κάθε παλμό που διασκορπίζεται πίσω στον αισθητήρα και υπολογίζει τις μεταβλητές αποστάσεις από τον αισθητήρα ή τις αλλαγές στις επιφάνειες κάλυψης γης. Μετά την έρευνα, τα δεδομένα λαμβάνονται και υποβάλλονται σε επεξεργασία χρησιμοποιώντας ειδικά σχεδιασμένο λογισμικό υπολογιστή (LIDAR point Cloud Data Processing Software). Η τελική έξοδος είναι ακριβής, γεωγραφικά καταχωρημένο μήκος (X), γεωγραφικό πλάτος (Y) και υψόμετρο (Z) για κάθε σημείο δεδομένων. Τα δεδομένα χαρτογράφησης LIDAR αποτελούνται από μετρήσεις υψομέτρου της επιφάνειας και επιτυγχάνονται μέσω αερογραφικών τοπογραφικών ερευνών. Η μορφή αρχείου που χρησιμοποιείται για την καταγραφή και αποθήκευση δεδομένων LIDAR είναι ένα απλό αρχείο κειμένου. Με τη χρήση σημείων ανύψωσης τα δεδομένα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία λεπτομερών τοπογραφικών χαρτών. Με αυτά τα σημεία δεδομένων ακόμη και επιτρέπουν επίσης τη δημιουργία ενός ψηφιακού μοντέλου ανύψωσης της επιφάνειας του εδάφους.
Εφαρμογές συστημάτων LIDAR
Ωκεανογραφία
Το LIDAR χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του φθορισμού φυτοπλαγκτού και της βιομάζας στην επιφάνεια του ωκεανού. Χρησιμοποιείται επίσης για τη μέτρηση του βάθους του ωκεανού (βαθυμετρία).
LiDAR στην Ωκεανογραφία
DEM (Ψηφιακό μοντέλο ανύψωσης)
Έχει συντεταγμένες x, y, z. Οι τιμές ανύψωσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν παντού, σε δρόμους, κτίρια, γέφυρες και άλλα. Έχει καταστήσει εύκολο να συλλάβει το ύψος, το μήκος και το πλάτος της επιφάνειας.
Ατμοσφαιρική Φυσική
Το LIDAR χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της πυκνότητας των νεφών και της συγκέντρωσης οξυγόνου, Co2, αζώτου, θείου και άλλων σωματιδίων αερίου στη μέση και ανώτερη ατμόσφαιρα.
Στρατός
Το LIDAR χρησιμοποιείται πάντα από τους στρατιωτικούς για να κατανοήσει τα σύνορα που περιβάλλουν τη γη. Δημιουργεί έναν χάρτη υψηλής ανάλυσης για στρατιωτικούς σκοπούς.
Μετεωρολογία
Το LIDAR έχει χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη του cloud και της συμπεριφοράς του. Το LIDAR χρησιμοποιεί το μήκος κύματος του για να χτυπήσει μικρά σωματίδια στο νέφος για να κατανοήσει την πυκνότητα του νέφους.
Έρευνα Ποταμού
Greenlight (532 nm) Το Lasar του LIDAR χρησιμοποιείται για τη μέτρηση των υποβρύχιων πληροφοριών που απαιτούνται για την κατανόηση του βάθους, του πλάτους του ποταμού, της ισχύος ροής και άλλων. Για τη μηχανική του ποταμού, τα δεδομένα διατομής του εξάγονται από τα δεδομένα ανίχνευσης φωτός και Ranging (DEM) για τη δημιουργία ενός μοντέλου ποταμού, το οποίο θα δημιουργήσει έναν χάρτη πλημμυρών.
Έρευνα ποταμών με χρήση LIDAR
Μικρο-τοπογραφία
Το Light Detection And Ranging είναι πολύ ακριβής και ξεκάθαρη τεχνολογία, η οποία χρησιμοποιεί παλμό λέιζερ για να χτυπήσει το αντικείμενο. Η τακτική φωτογραμμετρία ή άλλη τεχνολογία έρευνας δεν μπορεί να δώσει την τιμή ανύψωσης της επιφάνειας του θόλου του δάσους. Αλλά το LIDAR μπορεί να διεισδύσει στο αντικείμενο και να ανιχνεύσει την επιφανειακή τιμή.
Έχετε τις βασικές πληροφορίες του LIDAR και των εφαρμογών του; Αναγνωρίζουμε ότι οι παραπάνω πληροφορίες διευκρινίζουν τα βασικά της έννοιας του μηχανισμού ανίχνευσης φωτός και Ranging με σχετικές εικόνες και διάφορες εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο. Επιπλέον, οποιεσδήποτε αμφιβολίες σχετικά με αυτήν την ιδέα ή για την εφαρμογή οποιωνδήποτε ηλεκτρονικών έργων, παρακαλώ δώστε τις προτάσεις και τα σχόλιά σας για αυτό το άρθρο που μπορείτε να γράψετε στην ενότητα σχολίων παρακάτω. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, Ποιοι είναι οι διαφορετικοί τύποι ανίχνευσης φωτός και εύρους;
