LiDAR-afstandswaarneming: Beginsel, toepassing, gratis hulpbronne en sagteware

Luggedraagde LiDAR-sensorskan óf spesifieke punte van 'n laserpuls vasvang, bekend as diskrete terugkeermetings, óf die volledige sein opneem soos dit terugkeer, genaamd volle golfvorm, met vaste intervalle soos 1 ns (wat ongeveer 15 cm dek). Volle golfvorm LiDAR word meestal in bosbou gebruik, terwyl diskrete terugkeer LiDAR breër toepassings oor verskeie velde het. Hierdie artikel bespreek hoofsaaklik diskrete terugkeer LiDAR en die gebruike daarvan. In hierdie hoofstuk sal ons verskeie sleutelonderwerpe oor LiDAR dek, insluitend die basiese komponente daarvan, hoe dit werk, die akkuraatheid daarvan, stelsels en beskikbare hulpbronne.

Basiese komponente van LiDAR

Grondgebaseerde LiDAR-stelsels gebruik tipies lasers met golflengtes tussen 500–600 nm, terwyl luggebaseerde LiDAR-stelsels lasers met langer golflengtes gebruik, wat wissel van 1000–1600 nm. 'n Standaard luggebaseerde LiDAR-opstelling sluit 'n laserskandeerder, 'n eenheid vir die meet van afstand (afstandseenheid), en stelsels vir beheer, monitering en opname in. Dit sluit ook 'n Differensiële Globale Posisioneringstelsel (DGPS) en 'n Traagheidsmeeteenheid (IMU) in, dikwels geïntegreer in 'n enkele stelsel bekend as 'n posisie- en oriëntasiestelsel. Hierdie stelsel verskaf presiese liggings- (lengtegraad, breedtegraad en hoogte) en oriëntasie- (rol, helling en koers) data.

 Die patrone waarin die laser die area skandeer, kan wissel, insluitend sigsag-, parallelle of elliptiese bane. Die kombinasie van DGPS- en IMU-data, tesame met kalibrasiedata en monteringsparameters, laat die stelsel toe om die versamelde laserpunte akkuraat te verwerk. Hierdie punte word dan koördinate (x, y, z) in 'n geografiese koördinaatstelsel toegeken met behulp van die Wêreldgeodetiese Stelsel van 1984 (WGS84)-datum.

Hoe LiDARAfstandswaarnemingWerkeVerduidelik op 'n eenvoudige manier

'n LiDAR-stelsel stuur vinnige laserpulse na 'n teikenvoorwerp of -oppervlak uit.

Die laserpulse weerkaats van die teiken af ​​en keer terug na die LiDAR-sensor.

Die sensor meet presies die tyd wat dit neem vir elke puls om na die teiken en terug te reis.

Deur die spoed van lig en die reistyd te gebruik, word die afstand na die teiken bereken.

Gekombineer met die posisie- en oriëntasiedata van GPS- en IMU-sensors, word die presiese 3D-koördinate van die laserrefleksies bepaal.

Dit lei tot 'n digte 3D-puntwolk wat die geskandeerde oppervlak of voorwerp verteenwoordig.

Fisiese Beginsel van LiDAR

LiDAR-stelsels gebruik twee tipes lasers: gepulseerde en kontinue golf. Gepulseerde LiDAR-stelsels werk deur 'n kort ligpuls uit te stuur en dan die tyd te meet wat dit neem vir hierdie puls om na die teiken en terug na die ontvanger te beweeg. Hierdie meting van heen-en-weer-tyd help om die afstand na die teiken te bepaal. 'n Voorbeeld word in 'n diagram getoon waar die amplitudes van beide die oorgedra ligsein (AT) en die ontvangde ligsein (AR) vertoon word. Die basiese vergelyking wat in hierdie stelsel gebruik word, behels die spoed van lig (c) en die afstand na die teiken (R), wat die stelsel toelaat om die afstand te bereken op grond van hoe lank dit neem vir die lig om terug te keer.