LIDAR ou escaneamento a laser 3D foi desenvolvido no início dos anos 1960 para a detecção de submarinos de uma aeronave, e os primeiros modelos foram usados com sucesso no início dos anos 1970. Hoje em dia, a pesquisa ambiental é difícil de imaginar sem o uso de técnicas de sensoriamento remoto como Light Detection and Ranging (LIDAR) e Detecção e alcance de ondas de rádio (RADAR) . A alta resolução espacial e progressiva das medições, a possibilidade de observação da atmosfera em condições ambientais e o potencial de cobertura da faixa de altura do solo a mais de 100 km de altitude constituem a atratividade dos instrumentos LIDAR.
A variedade de processos de interação da radiação emitida com os elementos atmosféricos pode ser utilizada no LIDAR para permitir a determinação das variáveis ambientais básicas de estado, ou seja, temperatura, pressão, umidade e vento, bem como o levantamento geográfico, rio elevação do leito, estudo das minas, densidade de florestas e colinas, estudo do fundo do mar (Batimetria).
Como funciona o LIDAR?
O princípio de funcionamento do sistema de detecção de luz e alcance é muito simples. Um sensor LIDAR montado em uma aeronave ou helicóptero. Gera trem de pulsos de Laser, que é enviado à superfície / alvo para medir o tempo e demora para retornar à sua origem. O cálculo real para medir a distância que um fóton de luz de retorno viajou de e para um objeto é calculado por
Distância = (Velocidade da Luz x Tempo de Voo) / 2
Distâncias precisas são então calculadas para os pontos no solo e as elevações podem ser determinadas junto com os edifícios da superfície do solo, estradas e vegetação podem ser registrados. Essas elevações são combinadas com a fotografia aérea digital para produzir um modelo digital de elevação da Terra.
Sistema de detecção e alcance de luz
O instrumento a laser emite pulsos rápidos de luz laser em uma superfície, alguns a até 150.000 pulsos por segundo. Um sensor no instrumento mede a quantidade de tempo que cada pulso leva para refletir de volta. A luz se move a uma velocidade constante e conhecida para que o instrumento LIDAR possa calcular a distância entre ele mesmo e o alvo com alta precisão. Ao repetir isso em rápida progressão, o instrumento constrói um 'mapa' complexo da superfície que está medindo.
Com Detecção de luz aerotransportada e alcance , outros dados devem ser coletados para garantir a precisão. Como o sensor está se movendo em altura, a localização e a orientação do instrumento devem ser incluídas para determinar a posição do pulso do laser no momento do envio e no momento do retorno. Essas informações extras são cruciais para a integridade dos dados. Com Detecção de luz baseada no solo e alcance um único local GPS pode ser adicionado em cada local onde o instrumento está configurado.
Tipos de sistema LIDAR
Baseado na plataforma
- LIDAR terrestre
- LIDAR aerotransportado
- Spaceborne LIDAR
Sistemas LiDAR baseados na plataforma
Bade no processo físico
- Rangefinder LIDAR
- DIAL LIDAR
- Doppler LIDAR
Bade no processo de espalhamento
- Minhas
- Rayleigh
- Raman
- Fluorescência
Principais componentes dos sistemas LIDAR
A maioria dos sistemas de detecção de luz e alcance usam quatro componentes principais
Componentes de sistemas de detecção de luz e alcance
Lasers
Os lasers são categorizados por seu comprimento de onda. Os sistemas aerotransportados de detecção e alcance de luz usam lasers Nd: YAG bombeados por diodo de 1064 nm, enquanto os sistemas batimétricos usam lasers Nd: YAG bombeados por diodo duplo de 532 nm que penetram na água com menos atenuação do que o sistema aerotransportado (1064 nm). Melhor resolução pode ser obtida com pulsos mais curtos, desde que o detector receptor e os componentes eletrônicos tenham largura de banda suficiente para gerenciar o aumento do fluxo de dados.
Scanners e óptica
A velocidade com que as imagens podem ser reveladas é afetada pela velocidade com que podem ser digitalizadas para o sistema. Uma variedade de métodos de varredura está disponível para diferentes resoluções, como azimute e elevação, scanner de eixo duplo, espelhos planos oscilantes duplos e espelhos poligonais. O tipo de óptica determina o alcance e a resolução que podem ser detectados por um sistema.
Eletrônico fotodetector e receptor
O fotodetector é um dispositivo que lê e registra o sinal retroespalhado para o sistema. Existem dois tipos principais de tecnologias de fotodetectores, detectores de estado sólido, como fotodiodos de avalanche de silício e fotomultiplicadores.
Sistemas de navegação e posicionamento / GPS
Quando um sensor de detecção de luz e alcance é montado em um satélite de avião ou automóveis, é necessário determinar a posição absoluta e a orientação do sensor para manter os dados utilizáveis. Sistemas de Posicionamento Global (GPS) fornecer informações geográficas precisas sobre a posição do sensor e uma unidade de medição inercial (IMU) registra a orientação precisa do sensor naquele local. Esses dois dispositivos fornecem o método para converter os dados do sensor em pontos estáticos para uso em uma variedade de sistemas.
Sistemas de navegação e posicionamento / GPS
Processamento de Dados LIDAR
O mecanismo de Detecção de Luz e Alcance apenas coleta dados de elevação e junto com os dados da Unidade de Medição Inercial é colocado com a aeronave e uma unidade GPS. Com a ajuda desses sistemas, o sensor Light Detection And Ranging coleta pontos de dados, a localização dos dados é registrada junto com o sensor GPS. Os dados são necessários para processar o tempo de retorno de cada pulso espalhado de volta para o sensor e calcular as distâncias variáveis do sensor ou mudanças nas superfícies de cobertura do solo. Após o levantamento, os dados são baixados e processados usando um software de computador especialmente projetado (LIDAR point Cloud Data Processing Software). A saída final é a longitude (X), latitude (Y) e altitude (Z) precisa, geograficamente registrada para cada ponto de dados. Os dados de mapeamento LIDAR são compostos por medidas de elevação da superfície e são obtidos por meio de levantamentos topográficos aéreos. O formato de arquivo usado para capturar e armazenar dados LIDAR é um arquivo de texto simples. Ao usar dados de pontos de elevação, podem ser usados para criar mapas topográficos detalhados. Com esses pontos de dados, eles também permitem a geração de um modelo digital de elevação da superfície do solo.
Aplicações de Sistemas LIDAR
Oceanografia
O LIDAR é usado para o cálculo da fluorescência do fitoplâncton e da biomassa na superfície do oceano. Também é usado para medir a profundidade do oceano (batimetria).
LiDAR em Oceanografia
DEM (modelo digital de elevação)
Possui coordenadas x, y, z. Os valores de elevação podem ser usados em qualquer lugar, em estradas, edifícios, pontes e outros. Ele facilitou a captura da altura, comprimento e largura da superfície.
Física Atmosférica
O LIDAR é usado para medir a densidade das nuvens e a concentração de oxigênio, CO2, nitrogênio, enxofre e outras partículas de gás na atmosfera média e alta.
Militares
O LIDAR sempre foi usado pelos militares para entender a fronteira que circunda as terras. Ele cria um mapa de alta resolução para fins militares.
Meteorologia
LIDAR tem sido usado para o estudo da nuvem e seu comportamento. LIDAR usa seu comprimento de onda para atingir pequenas partículas na nuvem para entender a densidade da nuvem.
River Survey
Greenlight (532 nm) Lasar do LIDAR é usado para medir a informação subaquática necessária para entender a profundidade, largura do rio, força do fluxo e muito mais. Para a engenharia do rio, seus dados de seção transversal são extraídos dos dados de detecção e alcance de luz (DEM) para criar um modelo de rio, que criará um mapa de borda de inundação.
Levantamento do rio usando LIDAR
Microtopografia
Light Detection And Ranging é uma tecnologia muito precisa e bem definida, que usa pulso de laser para atingir o objeto. A fotogrametria regular ou outra tecnologia de levantamento não pode fornecer o valor da elevação da superfície do dossel da floresta. Mas o LIDAR pode penetrar no objeto e detectar o valor da superfície.
Você tem as informações básicas do LIDAR e suas aplicações? Reconhecemos que as informações fornecidas acima esclarecem os fundamentos do conceito de mecanismo de detecção de luz e alcance com imagens relacionadas e vários aplicativos em tempo real. Além disso, qualquer dúvida em relação a este conceito ou para a implementação de algum projeto eletrônico, por favor, dê suas sugestões e comentários sobre este artigo que você pode escrever na seção de comentários abaixo. Aqui está uma pergunta para você, Quais são os diferentes tipos de detecção e alcance de luz?
