استشعار LIDAR عن بُعد: المبدأ والتطبيق والموارد المجانية والبرامج

مستشعرات Lidar المحمولة جوايمكن إما الحصول على نقاط محددة من نبض الليزر ، والمعروفة باسم قياسات الإرجاع المنفصل ، أو تسجيل الإشارة الكاملة أثناء إرجاعها ، والتي تسمى الموجة الكاملة ، على فترات ثابتة مثل 1 ns (والتي تغطي حوالي 15 سم). يستخدم Lidar الكامل الموجة في الغابات في الغابات ، في حين أن العائد المنفصل Lidar لديه تطبيقات أوسع عبر مختلف المجالات. يناقش هذا المقال في المقام الأول عودة منفصلة Lidar واستخداماتها. في هذا الفصل ، سنقوم بتغطية العديد من الموضوعات الرئيسية حول Lidar ، بما في ذلك مكوناته الأساسية ، وكيفية عملها ، ودقتها ، وأنظمتها ، والموارد المتاحة.

المكونات الأساسية ليدار

تستخدم أنظمة Lidar الأرضية عادةً الليزر بأطوال موجية تتراوح بين 500 و 600 نانومتر ، في حين تستخدم أنظمة Lidar المحمولة جواً الليزر بأطوال موجية أطول ، تتراوح من 1000-1600 نانومتر. يشتمل إعداد LIDAR القياسي المحمول جواً على ماسح ضوئي بالليزر ، ووحدة لقياس المسافة (وحدة تتراوح) ، وأنظمة التحكم والمراقبة والتسجيل. ويشمل أيضًا نظام تحديد المواقع العالمي التفاضلي (DGPs) ووحدة قياس بالقصور الذاتي (IMU) ، وغالبًا ما يتم دمجها في نظام واحد يُعرف باسم نظام الموضع والاتجاه. يوفر هذا النظام موقعًا دقيقًا (خط الطول ، خطوط الطول ، والارتفاع) وبيانات الاتجاه (Roll ، Pitch ، and Tehering).

 الأنماط التي يقوم فيها الليزر بمسح المنطقة يمكن أن تختلف ، بما في ذلك المسارات المتعرج ، المتوازي ، أو الإهليلجي. يتيح مزيج من بيانات DGPs و IMU ، إلى جانب بيانات المعايرة ومعلمات التثبيت ، للنظام معالجة نقاط الليزر التي تم جمعها بدقة. ثم يتم تعيين هذه النقاط إحداثيات (x ، y ، z) في نظام الإحداثيات الجغرافية باستخدام النظام الجيوديسي العالمي لعام 1984 (WGS84).

كيف Lidarالاستشعار عن بعديعمل؟ اشرح بطريقة بسيطة

ينبعث نظام Lidar نبضات ليزر سريعة نحو كائن أو سطح مستهدف.

تعكس نبضات الليزر الهدف والعودة إلى مستشعر Lidar.

يقيس المستشعر بدقة الوقت الذي يستغرقه كل نبضة للسفر إلى الهدف والظهر.

باستخدام سرعة الضوء ووقت السفر ، يتم حساب المسافة إلى الهدف.

بالاقتران مع بيانات الموضع والاتجاه من مستشعرات GPS وأجهزة استشعار IMU ، يتم تحديد الإحداثيات ثلاثية الأبعاد الدقيقة لانعكاسات الليزر.

ينتج عن هذا سحابة نقطة ثلاثية الأبعاد كثيفة تمثل السطح أو الكائن الممسوحة ضوئيًا.

المبدأ المادي ليدار

تستخدم أنظمة Lidar نوعين من الليزر: موجة نابضة ومستمرة. تعمل أنظمة LiDAR النبضية عن طريق إرسال نبض ضوء قصير ثم قياس الوقت الذي يستغرقه هذا النبض للسفر إلى الهدف والعودة إلى المتلقي. يساعد هذا القياس لوقت الرحلة المستديرة على تحديد المسافة إلى الهدف. يظهر مثال في رسم بياني حيث يتم عرض سعة كل من إشارة الضوء المنقولة (AT) وإشارة الضوء المستلمة (AR). تتضمن المعادلة الأساسية المستخدمة في هذا النظام سرعة الضوء (ج) والمسافة إلى الهدف (R) ، مما يسمح للنظام بحساب المسافة بناءً على المدة التي يستغرقها الضوء.