Telerilevamento LiDAR: Principio, Applicazione, Risorse Gratuite e Software

Sensori LiDAR aereiPuò catturare punti specifici da un impulso laser, ovvero misure di ritorno discreto, oppure registrare il segnale completo al suo ritorno, ovvero a forma d'onda completa, a intervalli fissi come 1 ns (che coprono circa 15 cm). Il LiDAR a forma d'onda completa è utilizzato principalmente in ambito forestale, mentre il LiDAR a ritorno discreto ha applicazioni più ampie in vari campi. Questo articolo tratta principalmente del LiDAR a ritorno discreto e dei suoi utilizzi. In questo capitolo, tratteremo diversi argomenti chiave sul LiDAR, inclusi i suoi componenti di base, il suo funzionamento, la sua precisione, i sistemi e le risorse disponibili.

Componenti di base del LiDAR

I sistemi LiDAR terrestri utilizzano in genere laser con lunghezze d'onda comprese tra 500 e 600 nm, mentre i sistemi LiDAR aerei utilizzano laser con lunghezze d'onda maggiori, comprese tra 1000 e 1600 nm. Una configurazione LiDAR aerea standard include uno scanner laser, un'unità di misura della distanza (unità di telemetria) e sistemi di controllo, monitoraggio e registrazione. Include inoltre un sistema di posizionamento globale differenziale (DGPS) e un'unità di misura inerziale (IMU), spesso integrati in un unico sistema noto come sistema di posizione e orientamento. Questo sistema fornisce dati precisi di posizione (longitudine, latitudine e altitudine) e orientamento (rollio, beccheggio e rotta).

 Gli schemi con cui il laser scansiona l'area possono variare, includendo percorsi a zigzag, paralleli o ellittici. La combinazione dei dati DGPS e IMU, insieme ai dati di calibrazione e ai parametri di montaggio, consente al sistema di elaborare con precisione i punti laser raccolti. A questi punti vengono quindi assegnate coordinate (x, y, z) in un sistema di coordinate geografiche basato sul sistema di riferimento World Geodetic System del 1984 (WGS84).

Come funziona il LiDARTelerilevamentoLavori? Spiega in modo semplice

Un sistema LiDAR emette rapidi impulsi laser verso un oggetto o una superficie bersaglio.

Gli impulsi laser vengono riflessi dal bersaglio e ritornano al sensore LiDAR.

Il sensore misura con precisione il tempo impiegato da ciascun impulso per raggiungere il bersaglio e tornare indietro.

Utilizzando la velocità della luce e il tempo di percorrenza, viene calcolata la distanza dal bersaglio.

Combinando i dati di posizione e orientamento provenienti dai sensori GPS e IMU, vengono determinate le coordinate 3D precise dei riflessi laser.

Il risultato è una densa nuvola di punti 3D che rappresenta la superficie o l'oggetto scansionato.

Principio fisico del LiDAR

I sistemi LiDAR utilizzano due tipi di laser: a onda pulsata e a onda continua. I sistemi LiDAR a onda pulsata funzionano inviando un breve impulso luminoso e misurando il tempo impiegato da questo impulso per raggiungere il bersaglio e tornare al ricevitore. Questa misurazione del tempo di andata e ritorno aiuta a determinare la distanza dal bersaglio. Un esempio è mostrato in un diagramma in cui vengono visualizzate le ampiezze sia del segnale luminoso trasmesso (AT) che del segnale luminoso ricevuto (AR). L'equazione di base utilizzata in questo sistema prevede la velocità della luce (c) e la distanza dal bersaglio (R), consentendo al sistema di calcolare la distanza in base al tempo impiegato dalla luce per tornare indietro.