La scansione laser LIDAR o 3D è stata sviluppata nei primi anni '60 per il rilevamento di sottomarini da un aereo, e i primi modelli sono stati utilizzati con successo nei primi anni '70. Al giorno d'oggi, la ricerca ambientale è difficile da immaginare senza l'uso di tecniche di telerilevamento come Light Detection and Ranging (LIDAR) e Rilevamento e portata delle onde radio (RADAR) . L'elevata risoluzione spaziale e progressiva delle misurazioni, la possibilità di osservare l'atmosfera in condizioni ambientali e la possibilità di coprire il range di altezze dal suolo a oltre 100 km di altitudine costituiscono l'attrattiva degli strumenti LIDAR.
La varietà dei processi di interazione della radiazione emessa con gli elementi atmosferici può essere utilizzata nel LIDAR per consentire la determinazione delle variabili ambientali di base di stato, ovvero, temperatura, pressione, umidità e vento, nonché l'indagine geografica, fiume elevazione del letto, studio delle miniere, densità di boschi e colline, studio del fondale marino (batimetria).
Come funziona LIDAR?
Il principio di funzionamento del sistema di rilevamento della luce e distanza è davvero molto semplice. Un sensore LIDAR montato su un aereo o un elicottero. Genera un treno di impulsi laser, che viene inviato alla superficie / target per misurare il tempo e necessario per tornare alla sua origine. Il calcolo effettivo per misurare la distanza che un fotone luminoso di ritorno ha viaggiato verso e da un oggetto viene calcolato da
Distanza = (velocità della luce x tempo di volo) / 2
Le distanze precise vengono quindi calcolate dai punti sul terreno e le quote possono essere determinate insieme alla superficie del suolo di edifici, strade e vegetazione. Questi prospetti sono combinati con la fotografia aerea digitale per produrre un modello di elevazione digitale della terra.
Rilevamento della luce e sistema di misurazione
Lo strumento laser emette rapidi impulsi di luce laser su una superficie, alcuni fino a 150.000 impulsi al secondo. Un sensore sullo strumento misura il tempo necessario affinché ogni impulso si rifletta. La luce si muove a una velocità costante e nota in modo che lo strumento LIDAR possa calcolare la distanza tra sé e il bersaglio con elevata precisione. Ripetendolo in rapida progressione, lo strumento costruisce una complessa 'mappa' della superficie che sta misurando.
Con Rilevamento e distanza della luce nell'aria , devono essere raccolti altri dati per garantire l'accuratezza. Poiché il sensore si sposta in altezza, è necessario includere la posizione e l'orientamento dello strumento per determinare la posizione dell'impulso laser al momento dell'invio e l'ora di ritorno. Queste informazioni aggiuntive sono fondamentali per l'integrità dei dati. Con Rilevamento e portata della luce a terra una singola posizione GPS può essere aggiunta in ogni posizione in cui è installato lo strumento.
Tipi di sistema LIDAR
Basato sulla piattaforma
- LIDAR a terra
- LIDAR aerotrasportato
- Spaceborne LIDAR
Sistemi LiDAR basati su piattaforma
Bade on Physical Process
- Telemetro LIDAR
- QUADRANTE LIDAR
- LIDAR Doppler
Bade on Scattering Process
- Mie
- Rayleigh
- Raman
- Fluorescenza
Componenti principali dei sistemi LIDAR
La maggior parte dei sistemi di rilevamento della luce e di distanza utilizza quattro componenti principali
Rilevamento della luce e componenti dei sistemi di misurazione
Laser
I laser sono classificati in base alla loro lunghezza d'onda. I sistemi Airborne Light Detection e Ranging utilizzano laser Nd: YAG pompati a diodi da 1064 nm mentre i sistemi batimetrici utilizzano laser Nd: YAG pompati a doppio diodo da 532 nm che penetrano nell'acqua con minore attenuazione rispetto al sistema aereo (1064 nm). È possibile ottenere una risoluzione migliore con impulsi più brevi a condizione che il rilevatore del ricevitore e l'elettronica abbiano una larghezza di banda sufficiente per gestire l'aumento del flusso di dati.
Scanner e ottiche
La velocità con cui le immagini possono essere sviluppate è influenzata dalla velocità con cui possono essere scansionate nel sistema. È disponibile una varietà di metodi di scansione per diverse risoluzioni come azimut ed elevazione, scanner a doppio asse, specchi piani oscillanti doppi e specchi poligonali. Il tipo di ottica determina la portata e la risoluzione che possono essere rilevate da un sistema.
Fotorilevatore e ricevitore elettronico
Il fotorilevatore è un dispositivo che legge e registra il segnale retrodiffuso al sistema. Esistono due tipi principali di tecnologie di fotorilevatore, rivelatori a stato solido, come fotodiodi a valanga di silicio e fotomoltiplicatori.
Sistemi di navigazione e posizionamento / GPS
Quando un sensore di rilevamento e distanza della luce è montato su un satellite di un aereo o su automobili, è necessario determinare la posizione assoluta e l'orientamento del sensore per mantenere i dati utilizzabili. Sistemi di posizionamento globale (GPS) fornire accurate informazioni geografiche riguardanti la posizione del sensore e un'unità di misurazione inerziale (IMU) registra l'orientamento accurato del sensore in quella posizione. Questi due dispositivi forniscono il metodo per tradurre i dati del sensore in punti statici da utilizzare in una varietà di sistemi.
Sistemi di navigazione e posizionamento / GPS
Elaborazione dati LIDAR
Il meccanismo di rilevamento e distanza della luce raccoglie solo i dati di elevazione e insieme ai dati dell'unità di misurazione inerziale viene posizionato con il velivolo e un'unità GPS. Con l'aiuto di questi sistemi il sensore Light Detection And Ranging raccoglie i punti dati, la posizione dei dati viene registrata insieme al sensore GPS. I dati sono necessari per elaborare il tempo di ritorno per ogni impulso diffuso al sensore e calcolare le distanze variabili dal sensore o i cambiamenti nelle superfici di copertura del suolo. Dopo il rilievo, i dati vengono scaricati ed elaborati utilizzando un software per computer appositamente progettato (LIDAR Point Cloud Data Processing Software). L'output finale è longitudine (X), latitudine (Y) ed elevazione (Z) registrata geograficamente precisa per ogni punto dati. I dati cartografici LIDAR sono composti da misure altimetriche della superficie e sono ottenuti tramite rilievi topografici aerei. Il formato di file utilizzato per acquisire e memorizzare i dati LIDAR è un semplice file di testo. Utilizzando i punti di elevazione i dati possono essere utilizzati per creare mappe topografiche dettagliate. Con questi punti dati anche loro consentono anche la generazione di un modello digitale di elevazione della superficie del terreno.
Applicazioni dei sistemi LIDAR
Oceanografia
Il LIDAR viene utilizzato per il calcolo della fluorescenza del fitoplancton e della biomassa nella superficie dell'oceano. Viene anche utilizzato per misurare la profondità dell'oceano (batimetria).
LiDAR in oceanografia
DEM (modello di elevazione digitale)
Ha coordinate x, y, z. I valori di elevazione possono essere utilizzati ovunque, in strade, edifici, ponti e altro. Ha reso facile catturare l'altezza, la lunghezza e la larghezza della superficie.
Fisica atmosferica
LIDAR viene utilizzato per misurare la densità delle nuvole e la concentrazione di ossigeno, CO2, azoto, zolfo e altre particelle di gas nella media e alta atmosfera.
Militare
Il LIDAR è sempre stato utilizzato dai militari per comprendere il confine del territorio circostante. Crea una mappa ad alta risoluzione per scopi militari.
Meteorologia
LIDAR è stato utilizzato per lo studio del cloud e del suo comportamento. LIDAR utilizza la sua lunghezza d'onda per colpire piccole particelle nella nuvola per comprendere la densità della nuvola.
River Survey
Greenlight (532 nm) Lasar del LIDAR viene utilizzato per misurare le informazioni sott'acqua necessarie per comprendere la profondità, la larghezza del fiume, la forza del flusso e altro ancora. Per l'ingegneria fluviale, i dati della sezione trasversale vengono estratti dai dati DEM (rilevamento della luce e distanza) per creare un modello fluviale, che creerà una mappa marginale di inondazione.
Rilievo fluviale con LIDAR
Micro-topografia
Light Detection And Ranging è una tecnologia molto precisa e chiara, che utilizza l'impulso laser per colpire l'oggetto. La fotogrammetria regolare o altre tecnologie di rilevamento non possono fornire il valore di elevazione della superficie della copertura forestale. Ma il LIDAR può penetrare attraverso l'oggetto e rilevare il valore della superficie.
Hai le informazioni di base di LIDAR e delle sue applicazioni? Riconosciamo che le informazioni di cui sopra chiariscono le basi del concetto di meccanismo di rilevamento della luce e distanza con immagini correlate e varie applicazioni in tempo reale. Inoltre, per qualsiasi dubbio riguardante questo concetto o per implementare eventuali progetti elettronici, si prega di dare i vostri suggerimenti e commenti su questo articolo che potete scrivere nella sezione commenti qui sotto. Ecco una domanda per te, Quali sono i diversi tipi di rilevamento della luce e gamma?
