L’escaneig làser LIDAR o 3D es va desenvolupar a principis dels anys seixanta per a la detecció de submarins des d’un avió i els primers models es van utilitzar amb èxit a principis dels anys setanta. Avui en dia, la investigació ambiental és difícil d’imaginar sense l’ús de tècniques de teledetecció com la detecció de llum i el rang (LIDAR) i Detecció i rang d'ones de ràdio (RADAR) . L’elevada resolució espacial i progressiva de les mesures, la possibilitat d’observar l’atmosfera en condicions ambientals i el potencial de cobrir el rang d’alçades des del terra fins a més de 100 km d’altitud conformen l’atractiu dels instruments LIDAR.
La varietat de processos d’interacció de la radiació emesa amb els elements atmosfèrics es pot utilitzar al LIDAR per permetre la determinació de les variables bàsiques d’estat de l’entorn, és a dir, temperatura, pressió, humitat i vent, així com el recorregut geogràfic, riu elevació del llit, estudi de les mines, densitat de boscos i turons, estudi a sota del mar (batimetria).
Com funciona LIDAR?
El principi de funcionament del sistema de detecció i rang de llum és realment bastant senzill. Un sensor LIDAR muntat en un avió o helicòpter. Genera tren de pols làser, que s’envia a la superfície / objectiu per mesurar el temps i triga a tornar a la seva font. Es calcula el càlcul real per mesurar fins a quin punt ha viatjat un fotó de llum retornant cap a i des d’un objecte
Distància = (velocitat de la llum x temps de vol) / 2
A continuació, es calculen distàncies precises fins als punts del sòl i es poden determinar les elevacions juntament amb la superfície del sòl, es poden registrar edificis, carreteres i vegetació. Aquestes elevacions es combinen amb la fotografia aèria digital per produir un model digital d’elevacions de la terra.
Sistema de detecció i rang de llum
L'instrument làser dispara impulsos ràpids de llum làser sobre una superfície, alguns fins a 150.000 impulsos per segon. Un sensor de l’instrument mesura el temps que triga cada pols a reflectir-se. La llum es mou a una velocitat constant i coneguda de manera que l’instrument LIDAR pot calcular la distància entre ell i l’objectiu amb gran precisió. Repetint això en ràpida progressió, l’instrument construeix un complex “mapa” de la superfície que mesura.
Amb Detecció i rang de llum aeri , s’han de recollir altres dades per garantir la precisió. Com que el sensor es mou en alçada, s'ha d'incloure la ubicació i l'orientació de l'instrument per determinar la posició del pols del làser en el moment de l'enviament i el temps de retorn. Aquesta informació addicional és crucial per a la integritat de les dades. Amb Detecció i rang de llum a terra es pot afegir una única ubicació GPS a cada lloc on es configura l'instrument.
Tipus de sistemes LIDAR
Basat en la plataforma
- LIDAR terrestre
- LIDAR aerotransportat
- LIDAR espacial
Sistemes LiDAR basats en la plataforma
Bade on Physical Process
- Telemetre LIDAR
- DIAR LIDAR
- LIDAR Doppler
Bade on Scattering Process
- El meu
- Rayleigh
- Raman
- Fluorescència
Components principals dels sistemes LIDAR
La majoria dels sistemes de detecció de llum i rang utilitzen quatre components principals
Components de sistemes de detecció de llum i distància
Làsers
Els làsers es classifiquen per la seva longitud d’ona. Els sistemes de detecció i rang de llum aèria utilitzen làsers Nd: YAG bombats amb díodes de 1064 nm mentre que els sistemes batimètrics utilitzen làsers Nd: YAG bombats amb díodes de 532 nm que penetren a l’aigua amb menys atenuació que el sistema aerotransportat (1064 nm). Es pot aconseguir una millor resolució amb polsos més curts, sempre que el detector i l'electrònica del receptor tinguin prou amplada de banda per gestionar l'augment del flux de dades.
Escàners i icsptica
La velocitat amb què es poden desenvolupar les imatges es veu afectada per la velocitat amb què es poden escanejar al sistema. Hi ha disponibles diversos mètodes d’escaneig per a diferents resolucions, com ara l’azimut i l’elevació, l’escàner de doble eix, els miralls de pla oscil·lant dual i els miralls poligonals. El tipus d’òptica determina l’abast i la resolució que pot detectar un sistema.
Fotodetectors i receptors electrònics
El fotodetector és un dispositiu que llegeix i registra el senyal retrodissenyat al sistema. Hi ha dos tipus principals de tecnologies de fotodetectors, els detectors d’estat sòlid, com els fotodíodes d’allau de silici i els fotomultiplicadors.
Sistemes de navegació i posicionament / GPS
Quan es monta un sensor de detecció de llum i distància entre un satèl·lit o un automòbil de l’avió, és necessari determinar la posició absoluta i l’orientació del sensor per mantenir les dades útils. Sistemes de posicionament global (GPS) proporcionar informació geogràfica precisa sobre la posició del sensor i una unitat de mesura inercial (IMU) registra l'orientació exacta del sensor en aquesta ubicació. Aquests dos dispositius proporcionen el mètode per traduir les dades del sensor a punts estàtics per utilitzar-los en diversos sistemes.
Sistemes de navegació i posicionament / GPS
Processament de dades LIDAR
El mecanisme de detecció i abastament de llum només recopila dades d’elevació i juntament amb les dades de la unitat de mesura inercial es col·loca amb l’avió i una unitat GPS. Amb l'ajuda d'aquests sistemes, el sensor de detecció i abastament de llum recopila punts de dades, la ubicació de les dades es registra juntament amb el sensor GPS. Es necessiten dades per processar el temps de retorn de cada pols repartit cap al sensor i calcular les distàncies variables del sensor o els canvis en les superfícies de cobertura del terreny. Després de l'enquesta, les dades es descarreguen i es processen mitjançant un programari informàtic especialment dissenyat (punt LIDAR, Cloud Data Processing Software). La sortida final és precisa, longitud registrada geogràficament (X), latitud (Y) i elevació (Z) per a cada punt de dades. Les dades de mapatge LIDAR es componen de mesures d’altitud de la superfície i s’aconsegueixen mitjançant aixecaments topogràfics aeris. El format de fitxer utilitzat per capturar i emmagatzemar dades LIDAR és un fitxer de text senzill. Mitjançant l’ús de punts d’elevació es poden utilitzar dades per crear mapes topogràfics detallats. Amb aquests punts de dades, fins i tot també permeten la generació d’un model digital d’elevació de la superfície del sòl.
Aplicacions dels sistemes LIDAR
Oceanografia
El LIDAR s’utilitza per al càlcul de la fluorescència i la biomassa del fitoplàncton a la superfície oceànica. També s’utilitza per mesurar la profunditat de l’oceà (batimetria).
LiDAR en Oceanografia
DEM (Model digital d'elevació)
Té coordenades x, y, z. Els valors d’elevació es poden utilitzar a tot arreu, en carreteres, edificis, ponts i altres. Ha facilitat la captura de l'alçada, la longitud i l'amplada de la superfície.
Física atmosfèrica
LIDAR s’utilitza per mesurar la densitat de núvols i la concentració d’oxigen, Co2, nitrogen, sofre i altres partícules de gas a l’atmosfera mitjana i superior.
Militar
LIDAR sempre ha estat utilitzat pels militars per entendre la frontera que envolta la terra. Crea un mapa d'alta resolució amb finalitats militars.
Meteorologia
LIDAR s'ha utilitzat per a l'estudi del núvol i el seu comportament. LIDAR utilitza la seva longitud d’ona per atacar petites partícules al núvol per comprendre la densitat dels núvols.
Aixecament del riu
Greenlight (532 nm) Lasar del LIDAR s'utilitza per mesurar la informació submarina que es requereix per comprendre la profunditat, l'amplada del riu, la força del cabal i molt més. Per a l'enginyeria del riu, les seves dades de secció transversal s'extreuen de les dades de detecció i rang de llum (DEM) per crear un model de riu, que crearà un mapa marginal d'inundació.
Enquesta fluvial mitjançant LIDAR
Micro-Topografia
La detecció i la distància de la llum és una tecnologia molt precisa i clara, que utilitza el pols làser per atacar l’objecte. La fotogrametria regular o una altra tecnologia d’estudi no poden donar el valor de l’elevació superficial del dosser del bosc. Però el LIDAR pot penetrar a través de l'objecte i detectar el valor superficial.
Teniu la informació bàsica de LIDAR i les seves aplicacions? Reconeixem que la informació proporcionada anteriorment aclareix els conceptes bàsics del concepte de mecanisme de detecció de llum i rang amb imatges relacionades i diverses aplicacions en temps real. A més, si teniu dubtes sobre aquest concepte o per implementar qualsevol projecte electrònic, doneu els vostres suggeriments i comentaris sobre aquest article que podeu escriure a la secció de comentaris següent. Aquí teniu una pregunta, Quins són els diferents tipus de detecció i rang de llum?
