LiDAR Uzaktan Algılama: Prensip, Uygulama, Ücretsiz Kaynaklar ve Yazılım

Havadaki LiDAR sensörleriayrık geri dönüş ölçümleri olarak bilinen bir lazer darbesinden belirli noktaları yakalayabilir veya tam dalga formu adı verilen geri dönerken sinyalin tamamını 1 ns (yaklaşık 15 cm'yi kapsar) gibi sabit aralıklarla kaydedebilir.Tam dalga biçimli LiDAR çoğunlukla ormancılıkta kullanılırken, ayrık dönüşlü LiDAR'ın çeşitli alanlarda daha geniş uygulamaları vardır.Bu makalede öncelikle ayrık dönüşlü LiDAR ve kullanımları tartışılmaktadır.Bu bölümde LiDAR'ın temel bileşenleri, nasıl çalıştığı, doğruluğu, sistemleri ve mevcut kaynakları dahil olmak üzere birçok önemli konuyu ele alacağız.

LiDAR'ın Temel Bileşenleri

Yer tabanlı LiDAR sistemleri tipik olarak 500-600 nm arasında dalga boylarına sahip lazerler kullanırken, havadaki LiDAR sistemleri 1000-1600 nm arasında değişen daha uzun dalga boylarına sahip lazerler kullanır.Standart bir havadan LiDAR kurulumu, bir lazer tarayıcıyı, mesafeyi ölçmek için bir birimi (aralık birimi) ve kontrol, izleme ve kaydetme sistemlerini içerir.Aynı zamanda, genellikle konum ve yönlendirme sistemi olarak bilinen tek bir sisteme entegre edilmiş bir Diferansiyel Küresel Konumlandırma Sistemi (DGPS) ve bir Atalet Ölçüm Birimi (IMU) içerir.Bu sistem, kesin konum (boylam, enlem ve yükseklik) ve yön (dönme, eğim ve yön) verilerini sağlar.

 Lazerin alanı taradığı desenler zikzak, paralel veya eliptik yollar dahil olmak üzere farklılık gösterebilir.DGPS ve IMU verilerinin kalibrasyon verileri ve montaj parametreleriyle birlikte kombinasyonu, sistemin toplanan lazer noktalarını doğru bir şekilde işlemesine olanak tanır.Daha sonra bu noktalara, 1984 Dünya Jeodezik Sistemi (WGS84) verileri kullanılarak coğrafi koordinat sisteminde koordinatlar (x, y, z) atanır.

LiDAR nasılUzaktan Algılamaİşler?Basit Bir Şekilde Açıklayın

Bir LiDAR sistemi, hedef nesneye veya yüzeye doğru hızlı lazer darbeleri yayar.

Lazer darbeleri hedeften yansır ve LiDAR sensörüne geri döner.

Sensör, her bir darbenin hedefe gidip geri gitmesi için geçen süreyi hassas bir şekilde ölçer.

Işık hızı ve seyahat süresi kullanılarak hedefe olan mesafe hesaplanır.

GPS ve IMU sensörlerinden gelen konum ve yönelim verileriyle birleştirildiğinde lazer yansımalarının kesin 3 boyutlu koordinatları belirlenir.

Bu, taranan yüzeyi veya nesneyi temsil eden yoğun bir 3 boyutlu nokta bulutu ile sonuçlanır.

LiDAR'ın Fiziksel Prensibi

LiDAR sistemleri iki tür lazer kullanır: darbeli ve sürekli dalga.Darbeli LiDAR sistemleri, kısa bir ışık darbesi göndererek ve ardından bu darbenin hedefe gidip alıcıya geri dönmesi için geçen süreyi ölçerek çalışır.Gidiş-dönüş süresinin bu ölçümü, hedefe olan mesafenin belirlenmesine yardımcı olur.Hem iletilen ışık sinyalinin (AT) hem de alınan ışık sinyalinin (AR) genliklerinin görüntülendiği bir diyagramda bir örnek gösterilmiştir.Bu sistemde kullanılan temel denklem, ışığın hızını (c) ve hedefe olan mesafeyi (R) içerir ve sistemin, ışığın geri dönmesinin ne kadar süreceğine bağlı olarak mesafeyi hesaplamasına olanak tanır.