LIDAR หรือการสแกนด้วยเลเซอร์ 3 มิติได้รับการพัฒนาในช่วงต้นทศวรรษ 1960 สำหรับการตรวจจับเรือดำน้ำจากเครื่องบินและรุ่นแรก ๆ ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในช่วงต้นปี 1970 ปัจจุบันงานวิจัยด้านสิ่งแวดล้อมยากที่จะจินตนาการได้โดยไม่ต้องใช้เทคนิคการตรวจจับระยะไกลเช่น Light Detection and Ranging (LIDAR) และ การตรวจจับและจัดระยะคลื่นวิทยุ (RADAR) . ความละเอียดเชิงพื้นที่และความละเอียดสูงของการวัดความเป็นไปได้ในการสังเกตบรรยากาศในสภาพแวดล้อมและศักยภาพในการครอบคลุมช่วงความสูงจากพื้นดินถึงระดับความสูงมากกว่า 100 กม. ทำให้เครื่องมือ LIDAR น่าดึงดูด
กระบวนการปฏิสัมพันธ์ที่หลากหลายของรังสีที่ปล่อยออกมากับองค์ประกอบของบรรยากาศสามารถใช้ใน LIDAR เพื่อให้สามารถกำหนดตัวแปรสภาพแวดล้อมพื้นฐานของสถานะ ได้แก่ อุณหภูมิความดันความชื้นและลมตลอดจนการสำรวจทางภูมิศาสตร์แม่น้ำ การยกระดับเตียงการศึกษาเหมืองความหนาแน่นของป่าไม้และเนินเขาการศึกษาใต้ทะเล (Bathymetry)
LIDAR ทำงานอย่างไร?
หลักการทำงานของระบบ Light Detection และ Ranging นั้นค่อนข้างง่ายมาก เซ็นเซอร์ LIDAR ที่ติดตั้งบนเครื่องบินหรือเฮลิคอปเตอร์ สร้าง Laser pulse train ซึ่งส่งไปยังพื้นผิว / เป้าหมายเพื่อวัดเวลาและใช้ในการย้อนกลับไปยังต้นทาง การคำนวณจริงสำหรับการวัดระยะทางที่โฟตอนของแสงย้อนกลับเดินทางเข้าและออกจากวัตถุนั้นคำนวณโดย
ระยะทาง = (ความเร็วแสง x เวลาบิน) / 2
จากนั้นคำนวณระยะทางที่แม่นยำไปยังจุดบนพื้นดินและสามารถกำหนดระดับความสูงพร้อมกับอาคารผิวดินถนนและพืชพันธุ์ได้ ระดับความสูงเหล่านี้รวมกับภาพถ่ายทางอากาศดิจิทัลเพื่อสร้างแบบจำลองการยกระดับความสูงของโลกแบบดิจิทัล
ระบบตรวจจับและจัดระยะแสง
เครื่องมือเลเซอร์ยิงแสงเลเซอร์เป็นจังหวะอย่างรวดเร็วที่พื้นผิวบางส่วนด้วยความเร็วถึง 150,000 พัลส์ต่อวินาที เซ็นเซอร์บนเครื่องมือจะวัดระยะเวลาที่พัลส์แต่ละครั้งใช้ในการสะท้อนกลับ แสงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่และเป็นที่ทราบดังนั้นเครื่องมือ LIDAR จึงสามารถคำนวณระยะห่างระหว่างตัวมันเองและเป้าหมายได้ด้วยความแม่นยำสูง โดยการทำซ้ำอย่างรวดเร็วเครื่องมือนี้จะสร้าง 'แผนที่' ที่ซับซ้อนของพื้นผิวที่กำลังวัด
ด้วย การตรวจจับและจัดระยะแสงในอากาศ ต้องรวบรวมข้อมูลอื่น ๆ เพื่อให้มั่นใจว่าถูกต้อง เนื่องจากเซ็นเซอร์กำลังเคลื่อนย้ายความสูงจึงต้องรวมตำแหน่งและการวางแนวของเครื่องมือเพื่อกำหนดตำแหน่งของพัลส์เลเซอร์ในเวลาที่ส่งและเวลาที่ส่งคืน ข้อมูลเพิ่มเติมนี้มีความสำคัญต่อความสมบูรณ์ของข้อมูล ด้วย การตรวจจับแสงและระยะห่างจากพื้นดิน สามารถเพิ่มตำแหน่ง GPS เดียวในแต่ละตำแหน่งที่มีการตั้งค่าเครื่องมือ
ประเภทของระบบ LIDAR
ขึ้นอยู่กับแพลตฟอร์ม
- LIDAR แบบกราวด์
- แอร์บอร์นไลดาร์
- Spaceborne LIDAR
ระบบ LiDAR ขึ้นอยู่กับแพลตฟอร์ม
ยินดีกับกระบวนการทางกายภาพ
- Rangefinder LIDAR
- DIAL LIDAR
- LIDAR ดอปเลอร์
Bade ในกระบวนการกระจาย
- ของฉัน
- เรย์ลี
- รามัน
- เรืองแสง
ส่วนประกอบหลักของระบบ LIDAR
ระบบตรวจจับและจัดระยะแสงส่วนใหญ่ใช้องค์ประกอบหลัก 4 ส่วน
ส่วนประกอบของระบบตรวจจับแสงและการจัดช่วง
เลเซอร์
เลเซอร์ แบ่งตามความยาวคลื่น ระบบตรวจจับและจัดระยะแสงในอากาศใช้เลเซอร์ Nd: YAG ที่สูบไดโอด 1064 นาโนเมตรในขณะที่ระบบ Bathymetric ใช้เลเซอร์ Nd: YAG แบบไดโอดปั๊มคู่ 532 นาโนเมตรซึ่งเจาะลงไปในน้ำโดยมีการลดทอนน้อยกว่าระบบในอากาศ (1064 นาโนเมตร) ความละเอียดที่ดีขึ้นสามารถบรรลุได้ด้วยพัลส์ที่สั้นกว่าหากอุปกรณ์ตรวจจับตัวรับและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีแบนด์วิดท์เพียงพอที่จะจัดการการไหลของข้อมูลที่เพิ่มขึ้น
เครื่องสแกนและเลนส์
ความเร็วในการพัฒนาภาพได้รับผลกระทบจากความเร็วที่สามารถสแกนเข้าสู่ระบบได้ มีวิธีการสแกนที่หลากหลายสำหรับความละเอียดที่แตกต่างกันเช่นแนวราบและระดับความสูง, สแกนเนอร์แกนคู่, กระจกระนาบสั่นคู่และกระจกหลายเหลี่ยม ประเภทของเลนส์จะกำหนดช่วงและความละเอียดที่ระบบตรวจจับได้
เครื่องตรวจจับแสงและเครื่องรับสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์
เครื่องตรวจจับแสง เป็นอุปกรณ์ที่อ่านและบันทึกสัญญาณที่กระจัดกระจายไปยังระบบ มีสองประเภทหลัก ๆ ของเทคโนโลยีเครื่องตรวจจับโฟโตเครื่องตรวจจับโซลิดสเตตเช่นโฟโตไดโอดซิลิคอนถล่มและโฟโตมัลติซัพพลายเออร์
ระบบนำทางและระบุตำแหน่ง / GPS
เมื่อติดตั้งเซ็นเซอร์ตรวจจับแสงและตรวจจับระยะบนดาวเทียมบนเครื่องบินหรือรถยนต์จำเป็นต้องกำหนดตำแหน่งที่แน่นอนและการวางแนวของเซ็นเซอร์เพื่อรักษาข้อมูลที่ใช้งานได้ ระบบกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลก (GPS) ให้ข้อมูลทางภูมิศาสตร์ที่ถูกต้องเกี่ยวกับตำแหน่งของเซ็นเซอร์และหน่วยวัดความเฉื่อย (IMU) จะบันทึกการวางแนวที่ถูกต้องของเซ็นเซอร์ ณ ตำแหน่งนั้น อุปกรณ์ทั้งสองนี้มีวิธีการแปลข้อมูลเซ็นเซอร์เป็นจุดคงที่เพื่อใช้ในระบบต่างๆ
ระบบนำทางและระบุตำแหน่ง / GPS
การประมวลผลข้อมูล LIDAR
กลไกการตรวจจับแสงและการจัดระยะเพียงแค่รวบรวมข้อมูลระดับความสูงและพร้อมกับข้อมูลของหน่วยวัดเฉื่อยจะถูกวางไว้กับเครื่องบินและหน่วย GPS ด้วยความช่วยเหลือของระบบเหล่านี้เซ็นเซอร์ตรวจจับแสงและระยะไกลจะรวบรวมจุดข้อมูลตำแหน่งของข้อมูลจะถูกบันทึกพร้อมกับเซ็นเซอร์ GPS จำเป็นต้องใช้ข้อมูลเพื่อประมวลผลเวลาส่งกลับของแต่ละพัลส์ที่กระจัดกระจายกลับไปที่เซ็นเซอร์และคำนวณระยะทางที่แปรผันจากเซ็นเซอร์หรือการเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวที่ปกคลุม หลังจากการสำรวจข้อมูลจะถูกดาวน์โหลดและประมวลผลโดยใช้ซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ (LIDAR point Cloud Data Processing Software) ผลลัพธ์สุดท้ายมีความแม่นยำลองจิจูด (X) ที่ลงทะเบียนทางภูมิศาสตร์ (X) ละติจูด (Y) และระดับความสูง (Z) สำหรับทุกจุดข้อมูล ข้อมูลการทำแผนที่ LIDAR ประกอบด้วยการวัดระดับความสูงของพื้นผิวและได้มาจากการสำรวจภูมิประเทศทางอากาศ รูปแบบไฟล์ที่ใช้จับและจัดเก็บข้อมูล LIDAR เป็นไฟล์ข้อความธรรมดา การใช้ข้อมูลจุดยกระดับอาจใช้เพื่อสร้างแผนที่ภูมิประเทศโดยละเอียด ด้วยจุดข้อมูลเหล่านี้ยังอนุญาตให้สร้างแบบจำลองระดับความสูงแบบดิจิทัลของพื้นผิวดิน
การใช้งานระบบ LIDAR
สมุทรศาสตร์
LIDAR ใช้สำหรับการคำนวณการเรืองแสงของแพลงก์ตอนพืชและชีวมวลในพื้นผิวมหาสมุทร นอกจากนี้ยังใช้วัดความลึกของมหาสมุทร (bathymetry)
LiDAR ในสมุทรศาสตร์
DEM (แบบจำลองระดับความสูงดิจิตอล)
มันมีพิกัด x, y, z ค่าความสูงสามารถใช้ได้ทุกที่ทั้งในถนนอาคารสะพานและอื่น ๆ ทำให้จับความสูงความยาวและความกว้างของพื้นผิวได้ง่าย
ฟิสิกส์บรรยากาศ
LIDAR ใช้ในการวัดความหนาแน่นของเมฆและความเข้มข้นของออกซิเจน Co2 ไนโตรเจนกำมะถันและอนุภาคก๊าซอื่น ๆ ในบรรยากาศชั้นกลางและชั้นบน
ทหาร
LIDAR ถูกใช้โดยทหารเพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับพรมแดนโดยรอบ สร้างแผนที่ความละเอียดสูงสำหรับวัตถุประสงค์ทางทหาร
อุตุนิยมวิทยา
LIDAR ถูกใช้ในการศึกษาคลาวด์และพฤติกรรมของมัน LIDAR ใช้ความยาวคลื่นเพื่อโจมตีอนุภาคขนาดเล็กในเมฆเพื่อทำความเข้าใจความหนาแน่นของเมฆ
การสำรวจแม่น้ำ
Greenlight (532 นาโนเมตร) Lasar ของ LIDAR ใช้ในการวัดข้อมูลใต้น้ำเพื่อทำความเข้าใจความลึกความกว้างของแม่น้ำความแรงของการไหลและอื่น ๆ สำหรับวิศวกรรมแม่น้ำข้อมูลหน้าตัดจะถูกดึงออกมาจากข้อมูล Light Detection And Ranging data (DEM) เพื่อสร้างแบบจำลองแม่น้ำซึ่งจะสร้างแผนที่ริมน้ำท่วม
การสำรวจแม่น้ำโดยใช้ LIDAR
ไมโคร - ภูมิประเทศ
การตรวจจับและจัดระยะแสงเป็นเทคโนโลยีที่แม่นยำและชัดเจนซึ่งใช้เลเซอร์พัลส์ในการตีวัตถุ การตรวจวัดแสงปกติหรือเทคโนโลยีการสำรวจอื่น ๆ ไม่สามารถให้ค่าการยกระดับพื้นผิวของหลังคาป่าได้ แต่ LIDAR สามารถทะลุผ่านวัตถุและตรวจจับค่าพื้นผิวได้
คุณมีข้อมูลพื้นฐานของ LIDAR และการใช้งานหรือไม่? เรารับทราบว่าข้อมูลที่ระบุข้างต้นได้ชี้แจงพื้นฐานของแนวคิดกลไกการตรวจจับแสงและการจัดระยะด้วยภาพที่เกี่ยวข้องและแอปพลิเคชันแบบเรียลไทม์ต่างๆ นอกจากนี้หากมีข้อสงสัยใด ๆ เกี่ยวกับแนวคิดนี้หรือการดำเนินโครงการอิเล็กทรอนิกส์ใด ๆ โปรดให้คำแนะนำและความคิดเห็นของคุณเกี่ยวกับบทความนี้ซึ่งคุณสามารถเขียนได้ในส่วนความคิดเห็นด้านล่าง นี่คือคำถามสำหรับคุณ การตรวจจับและจัดระยะแสงประเภทต่างๆมีอะไรบ้าง?