Todo lo que sabe sobre los sistemas y aplicaciones LIDAR

El escaneo láser LIDAR o 3D se desarrolló a principios de la década de 1960 para la detección submarina desde un avión, y los primeros modelos se utilizaron con éxito a principios de la década de 1970. Hoy en día, es difícil imaginar la investigación ambiental sin el uso de técnicas de detección remota, como la detección de luz y alcance (LIDAR) y detección y alcance de ondas de radio (RADAR). La alta resolución espacial y progresiva de las mediciones, la posibilidad de observar la atmósfera en condiciones ambientales y el potencial para cubrir el rango de altitud desde el suelo hasta más de 100 km de altitud hacen que los instrumentos LIDAR sean atractivos.

La variedad de procesos de interacción de la radiación emitida con los elementos atmosféricos se puede utilizar en LIDAR para permitir la determinación de variables de estado básicas del medio ambiente, es decir, temperatura, presión, humedad y viento, así como estudios geográficos, elevación del lecho del río, estudio de minas, densidad de bosques y cerros, estudio del fondo del mar (Batimetría).

¿Cómo funciona LIDAR?

El principio de funcionamiento del sistema de detección y alcance de la luz es realmente muy simple. Un sensor LIDAR montado en un avión o helicóptero. Genera un tren de pulsos láser, que se envía a la superficie/objetivo para medir el tiempo que tarda en volver a su fuente. El cálculo real para medir la distancia que un fotón de luz viaja hacia y desde un objeto se calcula mediante

Distancia = (velocidad de la luz x tiempo de vuelo) / 2

Luego se calculan distancias precisas desde puntos en el suelo y se pueden determinar elevaciones, así como también se pueden registrar edificios, caminos y vegetación de la superficie del suelo. Estas elevaciones se combinan con fotografías aéreas digitales para producir un modelo de elevación digital de la tierra.

Sistema de detección y medición de luz

El instrumento láser dispara pulsos rápidos de luz láser sobre una superficie, algunos hasta 150.000 pulsos por segundo. Un sensor en el instrumento mide el tiempo que tarda cada pulso en reflejarse. La luz viaja a una velocidad constante y conocida para que el instrumento LIDAR pueda calcular la distancia entre él y el objetivo con gran precisión. Al repetir esto en rápida progresión, el instrumento crea un «mapa» complejo del área que está midiendo.

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Con Detección y rango de luz aerotransportada, se deben recopilar más datos para garantizar la precisión. A medida que el sensor se mueve en altura, se debe incluir la ubicación y orientación del instrumento para determinar la posición del pulso láser en el momento del envío y en el momento del retorno. Esta información adicional es crucial para la integridad de los datos. Con Detección y rango de luz de tierra solo se puede agregar una posición GPS a cada ubicación donde está instalado el instrumento.

Tipos de sistemas LIDAR

Basado en plataforma

  • LIDAR terrestre
  • LIDAR aerotransportado
  • LIDAR espacial
Sistemas LiDAR basados ​​en plataforma
Sistemas LiDAR basados ​​en plataforma

Baded en el proceso físico

  • Telémetro LIDAR
  • ESFERA LIDAR
  • LIDAR Doppler

Bade en el proceso de difusión

  • miga
  • Rayleigh
  • Raman
  • Fluorescencia

Componentes principales de los sistemas LIDAR

La mayoría de los sistemas de detección y alcance de luz utilizan cuatro componentes principales

Componentes de los sistemas de medición y detección de luz
Componentes de los sistemas de medición y detección de luz

Láser

Los láseres se clasifican por su longitud de onda. Los sistemas aerotransportados de detección de luz y alcance utilizan láseres Nd:YAG bombeados por diodos de 1064 nm, mientras que los sistemas batimétricos utilizan láseres Nd:YAG bombeados por diodos duales de 532 nm que penetran en el agua con menos atenuación que el sistema aéreo (1064 nm). Se puede lograr una mejor resolución con pulsos más cortos siempre que el detector del receptor y la electrónica tengan suficiente ancho de banda para manejar el aumento del flujo de datos.

Escáneres y Óptica

La velocidad a la que se pueden revelar las imágenes se ve afectada por la velocidad a la que se pueden escanear en el sistema. Hay una variedad de métodos de escaneo disponibles para diferentes resoluciones, como azimut y elevación, escáner de doble eje, espejos planos oscilantes dobles y espejos poligonales. El tipo de óptica determina el rango y la resolución que puede detectar un sistema.

Fotodetector y receptor electrónico

El fotodetector es un dispositivo que lee y registra la señal retrodispersada al sistema. Hay dos tipos principales de tecnologías de fotodetectores, detectores de estado sólido, como fotodiodos de avalancha de silicio y fotomultiplicadores.

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Sistemas de navegación y posicionamiento/GPS

Cuando se monta un sensor de distancia y detección de luz en un satélite de aeronave o en automóviles, es necesario determinar la posición absoluta y la orientación del sensor para retener datos utilizables. Los sistemas de posicionamiento global (GPS) brindan información geográfica precisa sobre la posición del sensor y una unidad de medición inercial (IMU) registra la orientación precisa del sensor en esa ubicación. Estos dos dispositivos proporcionan el método de traducir los datos del sensor en puntos estáticos para su uso en una variedad de sistemas.

Sistemas de navegación y posicionamiento/GPS
Sistemas de navegación y posicionamiento/GPS

Procesamiento de datos LIDAR

El mecanismo de detección de luz y rango simplemente recopila datos de elevación y, junto con los datos de la unidad de medición inercial, se coloca con la aeronave y una unidad de GPS. Usando estos sistemas, el sensor de detección de luz y alcance recopila puntos de datos, la ubicación de los datos se registra con el sensor GPS. Se necesitan datos para procesar el tiempo de retorno de cada pulso de transmisión al sensor y calcular distancias variables desde el sensor o cambios en las superficies de cobertura terrestre. Después de la encuesta, los datos se descargan y procesan utilizando un software informático especialmente diseñado (Software de procesamiento de datos de nube de puntos LIDAR). El resultado final es una longitud (X), una latitud (Y) y una elevación (Z) precisas y registradas geográficamente para cada punto de datos. Los datos de mapeo LIDAR se componen de mediciones de elevación de la superficie y se obtienen mediante levantamientos topográficos aéreos. El formato de archivo utilizado para capturar y almacenar datos LIDAR es un archivo de texto simple. Al usar puntos de elevación, los datos se pueden usar para crear mapas topográficos detallados. Junto con estos puntos de datos, también permiten la generación de un modelo digital de elevación de la superficie terrestre.

Aplicaciones de los sistemas LIDAR

Oceanografía

LIDAR se utiliza para el cálculo de la fluorescencia y la biomasa del fitoplancton en la superficie del océano. También se utiliza para medir la profundidad del océano (batimetría).

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LiDAR en oceanografía
LiDAR en oceanografía

DEM (modelo de elevación digital)

Tiene coordenadas x, y, z. Los valores de elevación se pueden usar en todas partes, en carreteras, edificios, puentes y otros. Facilitó la captura de la altura, la longitud y el ancho de la superficie.

Física Atmosférica

LIDAR se utiliza para medir la densidad de nubes y la concentración de oxígeno, Co2, nitrógeno, azufre y otras partículas de gas en el medio y la atmósfera superior.

Militar

LIDAR siempre ha sido utilizado por los militares para comprender el límite que rodea la tierra. Crea un mapa de alta resolución para fines militares.

Meteorología

Se utilizó LIDAR para el estudio de la nube y su comportamiento. LIDAR usa su longitud de onda para golpear pequeñas partículas en la nube para comprender la densidad de la nube.

Encuesta de río

El láser LIDAR de luz verde (532 nm) se utiliza para medir la información submarina necesaria para comprender la profundidad, el ancho del río, la fuerza del flujo y más. Para la ingeniería fluvial, sus datos de sección transversal se extraen de los datos de detección y rango de luz (DEM) para crear un modelo de río, que creará un mapa de franjas de inundación.

Levantamiento de ríos usando LIDAR
Levantamiento de ríos usando LIDAR

Micro-topografía

La detección y el alcance de la luz es una tecnología muy precisa y clara, que utiliza un pulso láser para golpear el objeto. La fotogrametría regular u otra tecnología topográfica no puede dar el valor de elevación de la superficie del dosel del bosque. Pero LIDAR puede penetrar a través del objeto y detectar el valor superficial.

¿Tiene información básica sobre LIDAR y sus aplicaciones? Reconocemos que la información anterior aclara los conceptos básicos del concepto de detección de luz y mecanismo de rango con imágenes relacionadas y varias aplicaciones en tiempo real. Además, si tiene dudas sobre este concepto o para implementar proyectos electrónicos, envíe sus sugerencias y comentarios sobre este artículo que puede escribir en la sección de comentarios a continuación. Aquí hay una pregunta para ti, ¿Cuáles son los diferentes tipos de detección de luz y alcance?

Javired
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