Teledetección LiDAR: principio, aplicación, recursos e software gratuítos

Sensores LiDAR aéreospode capturar puntos específicos dun pulso láser, coñecidos como medicións de retorno discreto, ou rexistrar o sinal completo a medida que regresa, chamado forma de onda completa, a intervalos fixos como 1 ns (que abrangue uns 15 cm). O LiDAR de forma de onda completa úsase principalmente na silvicultura, mentres que o LiDAR de retorno discreto ten aplicacións máis amplas en varios campos. Este artigo trata principalmente o LiDAR de retorno discreto e os seus usos. Neste capítulo, trataremos varios temas clave sobre o LiDAR, incluídos os seus compoñentes básicos, o seu funcionamento, a súa precisión, os sistemas e os recursos dispoñibles.

Compoñentes básicos do LiDAR

Os sistemas LiDAR terrestres adoitan empregar láseres con lonxitudes de onda entre 500 e 600 nm, mentres que os sistemas LiDAR aéreos empregan láseres con lonxitudes de onda máis longas, que van dende os 1000 ata os 1600 nm. Unha configuración LiDAR aéreo estándar inclúe un escáner láser, unha unidade para medir a distancia (unidade de medición de alcance) e sistemas de control, monitorización e rexistro. Tamén inclúe un sistema de posicionamento global diferencial (DGPS) e unha unidade de medición inercial (IMU), a miúdo integrados nun único sistema coñecido como sistema de posición e orientación. Este sistema proporciona datos precisos de localización (lonxitude, latitude e altitude) e orientación (alteración, cabeceo e rumbo).

 Os patróns nos que o láser escanea a área poden variar, incluíndo traxectorias en zigzag, paralelas ou elípticas. A combinación de datos DGPS e IMU, xunto cos datos de calibración e os parámetros de montaxe, permite que o sistema procese con precisión os puntos láser recollidos. A estes puntos asígnanselles entón coordenadas (x, y, z) nun sistema de coordenadas xeográficas que emprega o datum do Sistema Xeodésico Mundial de 1984 (WGS84).

Como funciona o LiDARTeledetecciónObrasExplícao dun xeito sinxelo

Un sistema LiDAR emite pulsos láser rápidos cara a un obxecto ou superficie obxectivo.

Os pulsos láser reflíctense no obxectivo e regresan ao sensor LiDAR.

O sensor mide con precisión o tempo que tarda cada pulso en viaxar ata o obxectivo e volver.

Usando a velocidade da luz e o tempo de percorrido, calcúlase a distancia ata o obxectivo.

Combinados cos datos de posición e orientación dos sensores GPS e IMU, determínanse as coordenadas 3D precisas das reflexións do láser.

Isto resulta nunha densa nube de puntos 3D que representa a superficie ou o obxecto escaneado.

Principio físico do LiDAR

Os sistemas LiDAR empregan dous tipos de láseres: de onda pulsada e de onda continua. Os sistemas LiDAR pulsados ​​funcionan enviando un pulso de luz curto e medindo o tempo que tarda este pulso en viaxar ata o obxectivo e volver ao receptor. Esta medición do tempo de ida e volta axuda a determinar a distancia ata o obxectivo. Un exemplo móstrase nun diagrama onde se mostran as amplitudes tanto do sinal de luz transmitido (AT) como do sinal de luz recibido (AR). A ecuación básica empregada neste sistema implica a velocidade da luz (c) e a distancia ata o obxectivo (R), o que permite ao sistema calcular a distancia en función do tempo que tarda a luz en regresar.