Telerilevamento LiDAR: principio, applicazione, risorse gratuite e software

Sensori LiDAR aerotrasportatipuò catturare punti specifici da un impulso laser, noto come misurazioni di ritorno discrete, o registrare il segnale completo mentre ritorna, chiamato forma d'onda intera, a intervalli fissi come 1 ns (che copre circa 15 cm). Il LiDAR a forma d'onda intera è utilizzato principalmente nella silvicoltura, mentre il LiDAR a ritorno discreto ha applicazioni più ampie in vari campi. Questo articolo discute principalmente del LiDAR a rendimento discreto e dei suoi usi. In questo capitolo tratteremo diversi argomenti chiave su LiDAR, inclusi i suoi componenti di base, come funziona, la sua precisione, i sistemi e le risorse disponibili.

Componenti di base di LiDAR

I sistemi LiDAR terrestri utilizzano tipicamente 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 per misurare la distanza (unità di portata) e sistemi per il controllo, il monitoraggio e la registrazione. Comprende anche un sistema di posizionamento globale differenziale (DGPS) e un'unità di misurazione inerziale (IMU), spesso integrati in un unico sistema noto come sistema di posizione e orientamento. Questo sistema fornisce dati precisi sulla posizione (longitudine, latitudine e altitudine) e sull'orientamento (rotazione, inclinazione e rotta).

 I modelli in cui il laser scansiona l'area possono variare, inclusi 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 le coordinate (x, y, z) in un sistema di coordinate geografiche utilizzando il datum World Geodetic System del 1984 (WGS84).

Come LiDARRilevamento remotoFunziona? Spiega in modo semplice

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

Gli impulsi laser si riflettono sul bersaglio e ritornano al sensore LiDAR.

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

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

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

Ciò si traduce in 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: pulsato e onda continua. I sistemi LiDAR pulsati funzionano inviando un breve impulso luminoso e quindi 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 coinvolge 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 ritornare.