LiDAR-remote sensing: principe, toepassing, gratis bronnen en software

Luchtgedragen LiDAR-sensorenKan specifieke punten van een laserpuls vastleggen, zogenaamde discrete retourmetingen, of het volledige signaal registreren terwijl het terugkeert, de zogenaamde volledige golfvorm, met vaste intervallen van bijvoorbeeld 1 ns (wat ongeveer 15 cm beslaat). Volledige golfvorm-LiDAR wordt vooral gebruikt in de bosbouw, terwijl discrete retour-LiDAR bredere toepassingen heeft in diverse vakgebieden. Dit artikel bespreekt voornamelijk discrete retour-LiDAR en het gebruik ervan. In dit hoofdstuk behandelen we verschillende belangrijke onderwerpen over LiDAR, waaronder de basiscomponenten, hoe het werkt, de nauwkeurigheid, systemen en beschikbare bronnen.

Basiscomponenten van LiDAR

LiDAR-systemen op de grond gebruiken doorgaans lasers met golflengtes tussen 500 en 600 nm, terwijl LiDAR-systemen in de lucht lasers gebruiken met langere golflengtes, variërend van 1000 tot 1600 nm. Een standaard LiDAR-opstelling in de lucht bestaat uit een laserscanner, een eenheid voor afstandsmeting (ranging unit) en systemen voor besturing, monitoring en registratie. Het systeem omvat ook een Differential Global Positioning System (DGPS) en een Inertial Measurement Unit (IMU), vaak geïntegreerd in één systeem dat bekend staat als een positie- en oriëntatiesysteem. Dit systeem levert nauwkeurige locatiegegevens (lengtegraad, breedtegraad en hoogte) en oriëntatiegegevens (rol, stampen en koers).

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

Hoe LiDARRemote SensingWerken? Leg het op een eenvoudige manier uit

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

De laserpulsen kaatsen terug op het doelwit en keren terug naar de LiDAR-sensor.

De sensor meet nauwkeurig hoe lang het duurt voordat elke puls het doel bereikt en weer terug.

Met behulp van de lichtsnelheid en de reistijd wordt de afstand tot het doel berekend.

In combinatie met de positie- en oriëntatiegegevens van GPS- en IMU-sensoren worden de nauwkeurige 3D-coördinaten van de laserreflecties bepaald.

Het resultaat is een dichte 3D-puntenwolk die het gescande oppervlak of object weergeeft.

Fysisch principe van LiDAR

LiDAR-systemen gebruiken twee soorten lasers: gepulste en continue lasers. Gepulste LiDAR-systemen werken door een korte lichtpuls uit te zenden en vervolgens de tijd te meten die deze puls nodig heeft om het doel te bereiken en terug te keren naar de ontvanger. Deze meting van de retourtijd helpt bij het bepalen van de afstand tot het doel. Een voorbeeld wordt getoond in een diagram waarin de amplitudes van zowel het verzonden lichtsignaal (AT) als het ontvangen lichtsignaal (AR) worden weergegeven. De basisvergelijking die in dit systeem wordt gebruikt, omvat de lichtsnelheid (c) en de afstand tot het doel (R), waardoor het systeem de afstand kan berekenen op basis van de tijd die het licht nodig heeft om terug te keren.