Teledetección LiDAR: principio, aplicación, recursos y software gratuitos

Sensores LiDAR aerotransportadosPuede capturar puntos específicos de un pulso láser, lo que se conoce como mediciones de retorno discretas, o registrar la señal completa a medida que regresa, lo que se denomina forma de onda completa, a intervalos fijos como 1 ns (que cubre aproximadamente 15 cm). El LiDAR de forma de onda completa se utiliza principalmente en la silvicultura, mientras que el LiDAR de retorno discreto tiene aplicaciones más amplias en diversos campos. Este artículo analiza principalmente el LiDAR de retorno discreto y sus usos. En este capítulo, cubriremos varios temas clave sobre LiDAR, incluidos sus componentes básicos, cómo funciona, su precisión, sistemas y recursos disponibles.

Componentes básicos de LiDAR

Los sistemas LiDAR terrestres suelen utilizar láseres con longitudes de onda de entre 500 y 600 nm, mientras que los sistemas LiDAR aéreos utilizan láseres con longitudes de onda más largas, que oscilan entre 1000 y 1600 nm. Una configuración LiDAR aerotransportada estándar incluye un escáner láser, una unidad para medir distancias (unidad de alcance) y sistemas de control, monitoreo y grabación. También incluye un Sistema de Posicionamiento Global Diferencial (DGPS) y una Unidad de Medición Inercial (IMU), a menudo integrados en un único sistema conocido como sistema de posición y orientación. Este sistema proporciona datos precisos de ubicación (longitud, latitud y altitud) y orientación (balanceo, cabeceo y rumbo).

 Los patrones en los que el láser escanea el área pueden variar, incluidos trayectos en zigzag, paralelos o elípticos. La combinación de datos DGPS e IMU, junto con datos de calibración y parámetros de montaje, permite que el sistema procese con precisión los puntos láser recopilados. Luego, a estos puntos se les asignan coordenadas (x, y, z) en un sistema de coordenadas geográficas utilizando el datum del Sistema Geodésico Mundial de 1984 (WGS84).

Cómo LiDARTeledetecciónObras? Explique de una manera sencilla

Un sistema LiDAR emite rápidos pulsos láser hacia un objeto o superficie objetivo.

Los pulsos láser se reflejan en el objetivo y regresan al sensor LiDAR.

El sensor mide con precisión el tiempo que tarda cada pulso en viajar hasta el objetivo y regresar.

Utilizando la velocidad de la luz y el tiempo de viaje, se calcula la distancia al objetivo.

En combinación con los datos de posición y orientación de los sensores GPS e IMU, se determinan las coordenadas 3D precisas de los reflejos del láser.

Esto da como resultado una densa nube de puntos 3D que representa la superficie u objeto escaneado.

Principio físico de LiDAR

Los sistemas LiDAR utilizan dos tipos de láseres: pulsados ​​y de onda continua. Los sistemas LiDAR pulsados ​​funcionan enviando un pulso de luz corto y luego midiendo el tiempo que tarda este pulso en viajar hasta el objetivo y regresar al receptor. Esta medición del tiempo de ida y vuelta ayuda a determinar la distancia hasta el objetivo. Se muestra un ejemplo en un diagrama donde se muestran las amplitudes tanto de la señal luminosa transmitida (AT) como de la señal luminosa recibida (AR). La ecuación básica utilizada en este sistema implica la velocidad de la luz (c) y la distancia al objetivo (R), lo que permite al sistema calcular la distancia en función del tiempo que tarda la luz en regresar.