LiDAR-teledetectie: principe, toepassing, gratis bronnen en software

LiDAR-sensoren in de luchtkan specifieke punten van een laserpuls vastleggen, ook wel discrete retourmetingen genoemd, of het volledige signaal opnemen terwijl het terugkeert, de zogenaamde volledige golfvorm, met vaste intervallen zoals 1 ns (die ongeveer 15 cm beslaat). LiDAR met volledige golfvorm wordt meestal gebruikt in de bosbouw, terwijl LiDAR met discrete terugkeer bredere toepassingen heeft op verschillende gebieden. Dit artikel bespreekt voornamelijk discrete return LiDAR en het gebruik ervan. In dit hoofdstuk bespreken we verschillende belangrijke onderwerpen over LiDAR, inclusief de basiscomponenten, hoe het werkt, de nauwkeurigheid ervan, de systemen en de beschikbare bronnen.

Basiscomponenten van LiDAR

LiDAR-systemen op de grond gebruiken doorgaans lasers met golflengten tussen 500 en 600 nm, terwijl LiDAR-systemen in de lucht lasers gebruiken met langere golflengten, variërend van 1000 tot 1600 nm. Een standaard LiDAR-opstelling in de lucht omvat een laserscanner, een eenheid voor het meten van afstand (bereikeenheid) en systemen voor controle, monitoring en opname. Het omvat ook een Differential Global Positioning System (DGPS) en een Inertial Measurement Unit (IMU), vaak geïntegreerd in een enkel systeem dat bekend staat als een positie- en oriëntatiesysteem. Dit systeem levert nauwkeurige gegevens over de locatie (lengtegraad, breedtegraad en hoogte) en oriëntatie (rol, toonhoogte en koers).

 De patronen waarin de laser het gebied scant, kunnen variëren, inclusief zigzag-, parallelle of elliptische paden. Door de combinatie van DGPS- en IMU-gegevens, samen met kalibratiegegevens en montageparameters, kan het systeem de verzamelde laserpunten nauwkeurig verwerken. Aan deze punten worden vervolgens coördinaten (x, y, z) toegewezen in een geografisch coördinatensysteem met behulp van het World Geodetic System of 1984 (WGS84) datum.

Hoe LiDARTeledetectieWerken? Leg het op een eenvoudige manier uit

Een LiDAR-systeem zendt snelle laserpulsen uit naar een doelobject of oppervlak.

De laserpulsen reflecteren op het doel en keren terug naar de LiDAR-sensor.

De sensor meet nauwkeurig de tijd die elke puls nodig heeft om naar het doel en terug te reizen.

Aan de hand van de lichtsnelheid en de reistijd wordt de afstand tot het doel berekend.

Gecombineerd met de positie- en oriëntatiegegevens van GPS- en IMU-sensoren worden de precieze 3D-coördinaten van de laserreflecties bepaald.

Dit resulteert in een dichte 3D-puntenwolk die het gescande oppervlak of object vertegenwoordigt.

Fysiek principe van LiDAR

LiDAR-systemen gebruiken twee soorten lasers: gepulseerde en continue golf. Gepulseerde LiDAR-systemen werken door een korte lichtpuls uit te zenden en vervolgens de tijd te meten die deze puls nodig heeft om naar het doel en terug naar de ontvanger te reizen. Deze meting van de heen- en terugreistijd helpt bij het bepalen van de afstand tot het doel. Een voorbeeld wordt weergegeven in een diagram waarin de amplitudes van zowel het uitgezonden lichtsignaal (AT) als het ontvangen lichtsignaal (AR) worden weergegeven. De basisvergelijking die in dit systeem wordt gebruikt, heeft betrekking op de lichtsnelheid (c) en de afstand tot het doel (R), waardoor het systeem de afstand kan berekenen op basis van hoe lang het duurt voordat het licht terugkeert.