LIDAR- oder 3D-Laserscanning wurde in den frühen 1960er Jahren für die U-Boot-Erkennung aus einem Flugzeug entwickelt, und frühe Modelle wurden in den frühen 1970er Jahren erfolgreich eingesetzt. Heutzutage ist die Umweltforschung ohne den Einsatz von Fernerkundungstechniken wie Light Detection and Ranging (LIDAR) und LIDAR kaum vorstellbar Funkwellenerkennung und -reichweite (RADAR) . Eine hohe räumliche und progressive Auflösung der Messungen, die Möglichkeit, die Atmosphäre bei Umgebungsbedingungen zu beobachten, und das Potenzial, den Höhenbereich vom Boden bis zu einer Höhe von mehr als 100 km abzudecken, machen die Attraktivität von LIDAR-Instrumenten aus.
Die Vielzahl von Wechselwirkungsprozessen der emittierten Strahlung mit den atmosphärischen Elementen kann im LIDAR verwendet werden, um die grundlegenden Umgebungsvariablen Zustand, dh Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit und Wind sowie die geografische Vermessung des Flusses zu bestimmen Betthöhe, Untersuchung der Minen, Dichte der Wälder und Hügel, Untersuchung unter dem Meer (Bathymetrie).
Wie funktioniert LIDAR?
Das Arbeitsprinzip des Lichterkennungs- und Entfernungssystems ist wirklich recht einfach. Ein LIDAR-Sensor, der an einem Flugzeug oder Hubschrauber montiert ist. Es erzeugt eine Laserpulsfolge, die an die Oberfläche / das Ziel gesendet wird, um die Zeit zu messen, und die benötigt wird, um zu ihrer Quelle zurückzukehren. Die tatsächliche Berechnung zur Messung der Entfernung eines zurückkehrenden Lichtphotons zu und von einem Objekt wird von berechnet
Entfernung = (Lichtgeschwindigkeit x Flugzeit) / 2
Dann werden genaue Entfernungen zu den Punkten auf dem Boden berechnet und Höhen können zusammen mit den Gebäuden, Straßen und der Vegetation der Bodenoberfläche bestimmt werden. Diese Höhen werden mit digitaler Luftaufnahme kombiniert, um ein digitales Höhenmodell der Erde zu erstellen.
Lichterkennungs- und Entfernungssystem
Das Laserinstrument feuert schnelle Laserlichtimpulse auf eine Oberfläche ab, einige mit bis zu 150.000 Impulsen pro Sekunde. Ein Sensor am Instrument misst die Zeit, die jeder Impuls benötigt, um zurück zu reflektieren. Das Licht bewegt sich mit einer konstanten und bekannten Geschwindigkeit, sodass das LIDAR-Instrument die Entfernung zwischen sich und dem Ziel mit hoher Genauigkeit berechnen kann. Indem das Instrument dies schnell wiederholt, erstellt es eine komplexe „Karte“ der Oberfläche, die es misst.
Mit Luftlichterkennung und -entfernung müssen andere Daten gesammelt werden, um die Richtigkeit zu gewährleisten. Da sich der Sensor in der Höhe bewegt, müssen Position und Ausrichtung des Instruments berücksichtigt werden, um die Position des Laserpulses zum Zeitpunkt des Sendens und zum Zeitpunkt der Rückkehr zu bestimmen. Diese zusätzlichen Informationen sind für die Integrität der Daten von entscheidender Bedeutung. Mit bodengestützte Lichterkennung und -entfernung An jedem Ort, an dem das Instrument aufgestellt ist, kann ein einzelner GPS-Standort hinzugefügt werden.
LIDAR-Systemtypen
Basierend auf der Plattform
- Bodengestützter LIDAR
- Airborne LIDAR
- Weltraumgestützter LIDAR
LiDAR-Systeme basierend auf Plattform
Bade auf physikalischen Prozess
- Entfernungsmesser LIDAR
- DIAL LIDAR
- LIDAR Doppler
Bade auf Streuprozess
- Meine
- Rayleigh
- Raman
- Fluoreszenz
Hauptkomponenten von LIDAR-Systemen
Die meisten Lichterkennungs- und Entfernungssysteme verwenden vier Hauptkomponenten
Komponenten der Lichterkennungs- und Entfernungssysteme
Laser
Die Laser werden nach ihrer Wellenlänge kategorisiert. Luftgestützte Lichterkennungs- und Entfernungssysteme verwenden diodengepumpte 1064-nm-Nd: YAG-Laser, während bathymetrische Systeme 532-nm-doppeltdiodengepumpte Nd: YAG-Laser verwenden, die mit geringerer Dämpfung in das Wasser eindringen als das luftgestützte System (1064 nm). Eine bessere Auflösung kann mit kürzeren Impulsen erreicht werden, vorausgesetzt, der Empfängerdetektor und die Elektronik verfügen über eine ausreichende Bandbreite, um den erhöhten Datenfluss zu verwalten.
Scanner und Optik
Die Geschwindigkeit, mit der Bilder entwickelt werden können, wird durch die Geschwindigkeit beeinflusst, mit der sie in das System gescannt werden können. Für verschiedene Auflösungen stehen verschiedene Scanmethoden zur Verfügung, z. B. Azimut und Elevation, Zweiachsenscanner, Doppeloszillationsspiegel und polygonale Spiegel. Der Typ der Optik bestimmt den Bereich und die Auflösung, die von einem System erkannt werden können.
Fotodetektor- und Empfängerelektronik
Der Fotodetektor ist ein Gerät, das das zurückgestreute Signal liest und aufzeichnet. Es gibt zwei Haupttypen von Fotodetektortechnologien: Festkörperdetektoren wie Silizium-Lawinen-Fotodioden und Fotovervielfacher.
Navigations- und Ortungssysteme / GPS
Wenn ein Lichterkennungs- und Entfernungssensor an einem Flugzeugsatelliten oder an einem Auto angebracht ist, müssen die absolute Position und die Ausrichtung des Sensors bestimmt werden, um verwendbare Daten zu erhalten. Global Positioning Systems (GPS) Geben Sie genaue geografische Informationen zur Position des Sensors an, und eine Inertial Measurement Unit (IMU) zeichnet die genaue Ausrichtung des Sensors an dieser Stelle auf. Diese beiden Geräte bieten die Möglichkeit, Sensordaten in statische Punkte für die Verwendung in einer Vielzahl von Systemen zu übersetzen.
Navigations- und Ortungssysteme / GPS
LIDAR-Datenverarbeitung
Der Lichterkennungs- und Entfernungsmechanismus sammelt nur Höhendaten und wird zusammen mit den Daten der Trägheitsmesseinheit mit dem Flugzeug und einer GPS-Einheit platziert. Mit Hilfe dieser Systeme sammelt der Lichterkennungs- und Entfernungssensor Datenpunkte, der Ort der Daten wird zusammen mit dem GPS-Sensor aufgezeichnet. Daten sind erforderlich, um die Rücklaufzeit für jeden zum Sensor zurückgestreuten Impuls zu verarbeiten und die variablen Abstände vom Sensor oder Änderungen der Landbedeckungsoberflächen zu berechnen. Nach der Umfrage werden die Daten mit einer speziell entwickelten Computersoftware (LIDAR point Cloud Data Processing Software) heruntergeladen und verarbeitet. Die endgültige Ausgabe ist eine genaue, geografisch registrierte Länge (X), Breite (Y) und Höhe (Z) für jeden Datenpunkt. Die LIDAR-Kartendaten setzen sich aus Höhenmessungen der Oberfläche zusammen und werden durch topografische Luftaufnahmen ermittelt. Das zum Erfassen und Speichern von LIDAR-Daten verwendete Dateiformat ist eine einfache Textdatei. Mithilfe von Höhenpunkten können Daten verwendet werden, um detaillierte topografische Karten zu erstellen. Mit diesen Datenpunkten können sie sogar ein digitales Höhenmodell der Bodenoberfläche erstellen.
Anwendungen von LIDAR-Systemen
Ozeanographie
Der LIDAR wird zur Berechnung der Phytoplanktonfluoreszenz und der Biomasse in der Meeresoberfläche verwendet. Es wird auch verwendet, um die Tiefe des Ozeans zu messen (Bathymetrie).
LiDAR in der Ozeanographie
DEM (Digital Elevation Model)
Es hat x-, y- und z-Koordinaten. Höhenwerte können überall verwendet werden, auf Straßen, Gebäuden, Brücken und anderen. Es hat es einfach gemacht, die Höhe, Länge und Breite der Oberfläche zu erfassen.
Physik der Atmosphäre
LIDAR wird verwendet, um die Dichte von Wolken und die Konzentration von Sauerstoff, CO2, Stickstoff, Schwefel und anderen Gaspartikeln in der mittleren und oberen Atmosphäre zu messen.
Militär
LIDAR wurde immer vom Militär benutzt, um die Grenze um das Land zu verstehen. Es wird eine hochauflösende Karte für militärische Zwecke erstellt.
Meteorologie
LIDAR wurde zur Untersuchung der Cloud und ihres Verhaltens verwendet. LIDAR verwendet seine Wellenlänge, um kleine Partikel in der Wolke zu treffen und die Wolkendichte zu verstehen.
Flussvermessung
Grünlicht (532 nm) Der Lasar des LIDAR wird zur Messung von Unterwasserinformationen verwendet, um die Tiefe, Breite des Flusses, die Strömungsstärke und vieles mehr zu verstehen. Für die Flussplanung werden die Querschnittsdaten aus den Lichterkennungs- und Entfernungsdaten (Light Detection And Ranging Data, DEM) extrahiert, um ein Flussmodell zu erstellen, das eine Hochwasserkantenkarte erstellt.
Flussvermessung mit LIDAR
Mikrotopographie
Light Detection And Ranging ist eine sehr genaue und eindeutige Technologie, bei der das Objekt mithilfe von Laserpulsen getroffen wird. Regelmäßige Photogrammetrie oder andere Vermessungstechnologien können den Oberflächenhöhenwert eines Waldhimmels nicht angeben. Der LIDAR kann jedoch das Objekt durchdringen und den Oberflächenwert erfassen.
Haben Sie die grundlegenden Informationen zu LIDAR und seinen Anwendungen? Wir erkennen an, dass die oben angegebenen Informationen die Grundlagen des Konzepts des Lichterkennungs- und Entfernungsmechanismus mit verwandten Bildern und verschiedenen Echtzeitanwendungen verdeutlichen. Wenn Sie Zweifel an diesem Konzept haben oder elektronische Projekte umsetzen möchten, geben Sie bitte Ihre Vorschläge und Kommentare zu diesem Artikel ab, den Sie im Kommentarbereich unten schreiben können. Hier ist eine Frage an Sie, Was sind die verschiedenen Arten der Lichterkennung und -entfernung?
