Tenente telerilevamento Lidar: principio, applicazione, risorse e software gratuiti

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Sensori lidar dispersa nell'ariapuò catturare punti specifici da un impulso laser, noto come misurazioni di restituzione discrete, oppure registrare il segnale completo mentre ritorna, chiamato Full Waveform, a intervalli fissi come 1 ns (che copre circa 15 cm). Il lidar a forma di onda completa è principalmente utilizzato nella silvicoltura, mentre il reso discreto Lidar ha applicazioni più ampie in vari campi. Questo articolo discute principalmente di reso discreto Lidar e dei suoi usi. In questo capitolo, tratteremo diversi argomenti chiave su Lidar, compresi i suoi componenti di base, il modo in cui funziona, la sua precisione, i suoi sistemi e le risorse disponibili.

Componenti di base di lidar

I sistemi lidar a terra in genere utilizzano laser con lunghezze d'onda tra 500-600 nm, mentre i sistemi lidar dispersi nell'aria utilizzano laser con lunghezze d'onda più lunghe, che vanno da 1000-1600 nm. Una configurazione di lidar per aereo standard include uno scanner laser, un'unità per la misurazione della distanza (unità a distanza) e i sistemi per il controllo, il monitoraggio e la registrazione. Include anche un sistema di posizionamento globale differenziale (DGPS) e un'unità di misurazione inerziale (IMU), spesso integrata in un singolo sistema noto come sistema di posizione e orientamento. Questo sistema fornisce dati precisi di posizione (longitudine, latitudine e altitudine) e orientamento (rotolo, pitch e intestazione).

 I modelli in cui il laser scansiona l'area può variare, tra cui percorsi a zigzag, paralleli o ellittici. La combinazione di dati DGPS e IMU, insieme ai dati di calibrazione e ai parametri di montaggio, consente al sistema di elaborare accuratamente i punti laser raccolti. A questi punti vengono quindi assegnate coordinate (x, y, z) in un sistema di coordinate geografiche utilizzando il sistema geodetico mondiale del 1984 (WGS84).

Come lidarTelerilevamentoOpere? Spiega in modo semplice

Un sistema lidar emette impulsi laser rapidi verso un oggetto o una superficie target.

Gli impulsi laser si riflettono sul bersaglio e tornano al sensore lidar.

Il sensore misura con precisione il tempo impiegato per ogni impulso per viaggiare verso il bersaglio e la schiena.

Usando la velocità della luce e il tempo di viaggio, viene calcolata la distanza dal bersaglio.

In combinazione con i dati di posizione e orientamento dai sensori GPS e IMU, vengono determinate le coordinate 3D precise delle riflessioni laser.

Ciò si traduce in una densa nuvola di punti 3D che rappresenta la superficie o l'oggetto scansionato.

Principio fisico di Lidar

I sistemi LIDAR utilizzano due tipi di laser: onda pulsata e continua. I sistemi di lidar pulsati funzionano inviando un impulso a corta luce e quindi misurando il tempo impiegato per questo impulso per viaggiare verso 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 di luce trasmesso (AT) che del segnale di luce ricevuto (AR). L'equazione di base utilizzata in questo sistema prevede la velocità della luce (c) e la distanza dal target (R), consentendo al sistema di calcolare la distanza in base al tempo impiegato dalla luce.

Misurazione discreta di rendimento e forma d'onda mediante lidar disperso nell'aria.

Un tipico sistema lidar disperso nell'aria.

Il processo di misurazione in Lidar, che considera sia il rivelatore che le caratteristiche del bersaglio, è riassunto dall'equazione standard LIDAR. Questa equazione è adattata dall'equazione radar ed è fondamentale per comprendere come i sistemi LIDAR calcolano le distanze. Descrive la relazione tra la potenza del segnale trasmesso (PT) e la potenza del segnale ricevuto (PR). In sostanza, l'equazione aiuta a quantificare quanta parte della luce trasmessa viene restituita al ricevitore dopo aver riflettuto sul bersaglio, il che è cruciale per determinare le distanze e creare mappe accurate. Questa relazione tiene conto di fattori come l'attenuazione del segnale a causa della distanza e delle interazioni con la superficie target.

Applicazioni del telerilevamento Lidar

 Il telerilevamento Lidar ha numerose applicazioni in vari campi:
 Mappatura del terreno e topografica per la creazione di modelli di elevazione digitale ad alta risoluzione (DEMS).
 Mappatura forestale e vegetazione per studiare la struttura del baldacchino e la biomassa.
 Mappatura costiera e costiera per il monitoraggio dell'erosione e dei cambiamenti a livello del mare.
 Modellazione di pianificazione urbana e infrastruttura, compresi edifici e reti di trasporto.
 Documentazione di archeologia e patrimonio culturale di siti e artefatti storici.
 Indagini geologiche e minerarie per la mappatura delle caratteristiche della superficie e le operazioni di monitoraggio.
 Navigazione autonoma dei veicoli e rilevamento degli ostacoli.
 Esplorazione planetaria, come mappare la superficie di Marte.

Applicazione di lidar_ (1)

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Risorse lidar:

Di seguito viene fornito un elenco incompleto di fonti di dati LIDAR e software gratuito.
1.Topografia apertahttp://www.opentopography.org
2.USGS Earth Explorerhttp://earthexplorer.usgs.gov
3.Inventario di elevazione interagenza degli Stati Unitihttps://coast.noaa.gov/ Inventory/
4.National Oceanic and Atmospher Administration (NOAA)Digital Coasthttps: //www.coast.noaa.gov/dataviewer/#
5.Wikipedia Lidarhttps://en.wikipedia.org/wiki/national_lidar_dataset_(united_states)
6.Lidar onlinehttp://www.lidar-online.com
7.Rete di osservazione ecologica nazionale: neonhttp://www.neonscience.org/data-resources/get-data/airborne-data
8.Dati lidar per la Spagna settentrionalehttp://b5m.gipuzkoa.net/url5000/en/g_22485/publi&consulta=hazlidar
9.Dati lidar per il Regno Unitohttp://catalogue.ceda.ac.uk/ List/? Return_obj = ob & id = 8049, 8042, 8051, 8053

Software LIDAR gratuito:

1.Richiede Envi. http://bcal.geology.isu.edu/ Envitools.shtml
2.Fugroviewer(per Lidar e altri dati raster/vettoriali) http://www.fugroviewer.com/
3.Fusione/ldv(Visualizzazione dei dati LIDAR, conversione e analisi) http: // forsys.cfr.washington.edu/fusion/fusionlatest.html
4.Strumenti LAS(Codice e software per la lettura e la scrittura di Las fi le) http: // www.cs.unc.edu/~isenburg/lastools/
5.Lasutilità(Un insieme di utility GUI per la visualizzazione e la conversione dei fi lri) http://home.iitk.ac.in/~blohani/lasutility/lasutility.html
6.Liblas(Libreria C/C ++ per il formato LAS di lettura/scrittura) http://www.liblas.org/
7.MCC-Lidar(Classificazione curvatura multi-scala per lidar) http: // sourceforge.net/projects/mcclidar/
8.Marte Freeview(Visualizzazione 3D dei dati LIDAR) http://www.merrick.com/geospatial/software-roducts/mars-software
9.Analisi completa(Software open source per l'elaborazione e la visualizzazione di nuvole e forme d'onda Lidarpoint) http://fullanalyze.sourceforge.net/
10.Punti Cloud Magic (A set of software tools for LiDAR point cloud visualiza-tion, editing, filtering, 3D building modeling, and statistical analysis in forestry/ vegetation applications. Contact Dr. Cheng Wang at wangcheng@radi.ac.cn)
11.Lettore di terreni rapidi(Visualizzazione di cloud di punti lidar) http://appliedimagery.com/download/ strumenti software lidar aggiuntivi possono essere trovati dalla pagina Web Open Topography ToolRegistry all'indirizzo http://opentopo.sdsc.edu/tools/Listtools.

Riconoscimenti

  • Questo articolo incorpora la ricerca di "Lidar Remote Sensing and Applications" di Vinícius Guimarães, 2020. L'articolo completo è disponibileQui.
  • Questo elenco completo e una descrizione dettagliata delle fonti di dati LIDAR e del software libero forniscono un kit di strumenti essenziali per professionisti e ricercatori nel campo del telerilevamento e dell'analisi geografica.

 

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Tempo post: aprile-16-2024