LIDAR- eller 3D-laserscanning blev udviklet i begyndelsen af 1960'erne til påvisning af ubåd fra et fly, og tidlige modeller blev brugt med succes i begyndelsen af 1970'erne. I dag er miljøforskningen svært at forestille sig uden brug af teledetekteringsteknikker som lysdetektering og rækkevidde (LIDAR) og Radiobølgedetektion og -afstand (RADAR) . Høj rumlig og progressiv opløsning af målingerne, muligheden for at observere atmosfæren ved omgivende forhold og potentialet for at dække højdeområdet fra jorden til mere end 100 km højde udgør LIDAR-instrumenters tiltrækningskraft.

Forskellige interaktionsprocesser for den udsendte stråling med de atmosfæriske elementer kan bruges i LIDAR til at muliggøre bestemmelse af de grundlæggende miljøvariabler for tilstand, dvs. temperatur, tryk, fugtighed og vind samt den geografiske undersøgelse, floden sengeluftning, undersøgelse af miner, tæthed af skove og bakker, undersøgelse på undersiden af havet (Bathymetry).

Hvordan fungerer LIDAR?

Funktionsprincippet for lysdetektering og ranging-system er virkelig ret simpelt. En LIDAR-sensor monteret på et fly eller helikopter. Det genererer laserpulstog, som sendes til overfladen / målet for at måle tiden, og det tager at vende tilbage til kilden. Den faktiske beregning til måling af, hvor langt en returlysfoton har rejst til og fra en genstand, beregnes af

Distance = (lysets hastighed x flyvetiden) / 2

Nøjagtige afstande beregnes derefter til punkterne på jorden, og højder kan bestemmes sammen med jordoverfladebygninger, veje og vegetation kan registreres. Disse højder er kombineret med digital luftfotografering for at producere en digital højdemodel af jorden.

Lysregistrerings- og rangesystem

Laserinstrumentet affyrer hurtige pulser af laserlys på en overflade, nogle med op til 150.000 impulser pr. Sekund. En sensor på instrumentet måler den tid, det tager for hver puls at reflektere tilbage. Lys bevæger sig med en konstant og kendt hastighed, så LIDAR-instrumentet kan beregne afstanden mellem sig selv og målet med høj nøjagtighed. Ved at gentage dette i hurtig fremgang opbygger instrumentet et komplekst 'kort' af overfladen, det måler.

Med luftbåren detektion og rangering af lys , skal andre data indsamles for at sikre nøjagtighed. Da sensoren bevæger sig i højden, skal instrumentets placering og orientering medtages for at bestemme laserpulsens position på afsendelsestidspunktet og returneringstidspunktet. Denne ekstra information er afgørende for dataintegriteten. Med jordbaseret lysdetektion og rækkevidde en enkelt GPS-placering kan tilføjes på hvert sted, hvor instrumentet er opsat.

LIDAR-systemtyper

Baseret på platformen

Jordbaseret LIDAR
Luftbåren LIDAR
Spaceborne LIDAR

LiDAR-systemer baseret på platform

Bød på fysisk proces

Afstandsmåler LIDAR
DIAL LIDAR
LIDAR Doppler

Bade om spredningsproces

Min
Rayleigh
Raman
Fluorescens

Hovedkomponenter i LIDAR-systemer

De fleste lysdetekterings- og områdesystemer bruger fire hovedkomponenter

Komponenter til detektion af lys og områdesystemer

“hvilken type transmissionsmedium bruges af trådløs kommunikation ”

Lasere

Laserne er kategoriseret efter deres bølgelængde. Luftbårne lysdetekterings- og områdesystemer bruger 1064 nm diodepumpet Nd: YAG-lasere, mens Bathymetriske systemer bruger 532 nm dobbeltdiodepumpet Nd: YAG-lasere, der trænger ind i vandet med mindre dæmpning end det luftbårne system (1064 nm). Bedre opløsning kan opnås med kortere impulser, forudsat at modtagerdetektoren og elektronikken har tilstrækkelig båndbredde til at styre den øgede datastrøm.

Scannere og optik

Den hastighed, hvormed billeder kan udvikles, påvirkes af den hastighed, hvormed de kan scannes ind i systemet. En række scanningsmetoder er tilgængelige til forskellige opløsninger, såsom azimut og elevation, dobbeltaksscanner, dobbelte oscillerende plane spejle og polygonale spejle. Optiktypen bestemmer rækkevidden og opløsningen, der kan detekteres af et system.

Fotodetektor og modtagerelektronik

Fotodetektoren er en enhed, der læser og registrerer det tilbagespredte signal til systemet. Der er to hovedtyper af fotodetektorteknologier, solid state-detektorer, såsom silicium lavine fotodioder og fotomultiplikatorer.

Navigations- og positioneringssystemer / GPS

Når en lysdetekterings- og rækkefølersensor er monteret på en flysatellit eller biler, er det nødvendigt at bestemme sensorens absolutte position og retning for at opretholde anvendelige data. Global Positioning Systems (GPS) give nøjagtige geografiske oplysninger om sensorens position, og en inertial måleenhed (IMU) registrerer den nøjagtige retning af sensoren på det sted. Disse to enheder giver metoden til at oversætte sensordata til statiske punkter til brug i en række forskellige systemer.

Navigations- og positioneringssystemer / GPS

LIDAR databehandling

Lysdetekterings- og rækkeviddemekanismen samler bare elevationsdata sammen med dataene fra inertial måleenhed placeres sammen med flyet og en GPS-enhed. Ved hjælp af disse systemer indsamler Light Detection And Ranging-sensoren datapunkter, placeringen af dataene registreres sammen med GPS-sensoren. Data kræves for at behandle returtiden for hver puls spredt tilbage til sensoren og beregne de variable afstande fra sensoren eller ændringer i landdækningsoverflader. Efter undersøgelsen downloades og behandles dataene ved hjælp af specialdesignet computersoftware (LIDAR point Cloud Data Processing Software). Den endelige output er nøjagtig, geografisk registreret længdegrad (X), bredde (Y) og højde (Z) for hvert datapunkt. LIDAR-kortlægningsdataene er sammensat af højdemålinger af overfladen og opnås gennem topografiske undersøgelser fra luften. Filformatet, der bruges til at fange og gemme LIDAR-data, er en simpel tekstfil. Ved hjælp af højdepunkter kan data bruges til at oprette detaljerede topografiske kort. Med disse datapunkter tillader de endda også generering af en digital højdemodel af jordoverfladen.

Anvendelser af LIDAR-systemer

Oceanografi

LIDAR bruges til beregning af fytoplanktonfluorescens og biomasse i havoverfladen. Det bruges også til at måle havdybden (bathymetry).

LiDAR i oceanografi

DEM (Digital Elevation Model)

Det har x, y, z koordinater. Højdeværdier kan bruges overalt, på veje, bygninger, broer og andet. Det har gjort det let at fange overfladehøjde, længde og bredde.

Atmosfærisk fysik

LIDAR bruges til at måle tætheden af skyer og koncentrationen af ilt, Co2, nitrogen, svovl og andre gaspartikler i den midterste og øvre atmosfære.

Militær

LIDAR har altid været brugt af militærfolk til at forstå grænsen omkring land. Det skaber et kort med høj opløsning til det militære formål.

Meteorologi

LIDAR er blevet brugt til undersøgelse af skyen og dens adfærd. LIDAR bruger sin bølgelængde til at ramme små partikler i skyen for at forstå skyetæthed.

River Survey

Greenlight (532 nm) Lasar fra LIDAR bruges til at måle undervandsinformation, der kræves for at forstå dybden, bredden af floden, strømningsstyrke og mere. Til flodteknikken ekstraheres dens tværsnitsdata fra DEM (Light Detection And Ranging data) for at skabe en flodmodel, som vil skabe et kort over flodkanter.

Flodundersøgelse ved hjælp af LIDAR

Mikrotopografi

Light Detection And Ranging er meget nøjagtig og tydelig teknologi, der bruger laserpuls til at ramme objektet. Regelmæssig fotogrammetri eller anden undersøgelsesteknologi kan ikke give overfladenes højde af skovhimlen. Men LIDAR kan trænge gennem objektet og registrere overfladeværdien.

Har du de grundlæggende oplysninger om LIDAR og dens applikationer? Vi anerkender, at de ovennævnte oplysninger afklarer det grundlæggende i konceptet med detektering af lys og rækkevidde med relaterede billeder og forskellige applikationer i realtid. Derudover, hvis du er i tvivl om dette koncept eller til at gennemføre elektroniske projekter, bedes du give dine forslag og kommentarer til denne artikel, du kan skrive i kommentarfeltet nedenfor. Her er et spørgsmål til dig, Hvad er de forskellige typer lysdetektion og rækkevidde?