Синявский.md 11 KB
LIDAR
Термин «лидар» – это аббревиатура. Полное выражение на английском языке: light identification, detection and ranging. Перевод: световое обнаружение и идентификация дальности. Лидар (LiDAR) - это метод удаленного зондирования, использующий свет для измерения расстояния до объекта.Лидар по сути своей является оптическим аналогом радара, использующим лазерные импульсы вместо радиоволн. В основе технологии лежит получение и обработка данных о различных удаленных объектах при помощи оптической системы. Локатор использует свойство света отражаться и рассеиваться в зависимости от степени прозрачности среды. Прибор способен получать информацию о твердых предметах и о жидкости.
Принцип работы
Впервые технология начала применяться еще в 60-е годы — тогда в сканерах lidar использовались лазеры, а сами устройства с этой технологией устанавливали на самолеты. Полноценно развернуть использование Lidar удалось лишь в 80-е, когда полученные с помощью сканеров данные можно было соотнести с информацией из систем GPS. Принцип работы схож с "бумерангом".В основе работы устройств типа lidar сканер лежит использование лазерных лучей. Сканер выпускает луч, который отражается от впереди стоящего объекта и возвращается в сканер. Зная скорость света (299 792 458 метров в секунду), они могут рассчитать, какое расстояние прошел луч до того, как отразился от объекта и вернулся в сканер. Обычно лидарные датчики могут генерировать по 1 000 000 таких импульсов в секунду, создавая таким образом массив точек, из которых в дальнейшем и строятся различные карты и модели. То есть лидар — это, простыми словами, лазерный дальномер. Он составляет точные карты местности из набора координат, которые получает во время расчета траектории лазерных лучей, выпущенных из специального сканера.
Достоинства устройств лидар:
- мгновенная мощность луча;
- когерентность излучения;
- низкие потери, обусловленные малой длиной волны.
В совокупности указанные характеристики сделали оборудование незаменимым при анализе среды на расстоянии до нескольких километров.
При работе лазерный луч отражается от поверхностей, возвращается к прибору и улавливается фотоприемником. Частота – до 150 000 импульсов в секунду. Аппарат запоминает время прохождения сигнала, на основе чего формирует координаты предмета в пространстве:
- удаленность;
- размеры;
- геометрические особенности и пр.
Создается точная информация о цели в виде набора 3-мерных точек.
Выпускается в 2 основных видах:
- Микроимпульсные – обладают небольшой мощностью и допускаются к использованию без соблюдения особых мер безопасности.
- Устройства с высокой энергией излучения, рассчитанные на исследования атмосферы. Они определяют параметры облаков; атмосферное давление ;силу ветра; влажность; содержание газов в воздухе.
Независимо от варианта устройства принцип действия лидар основан на применении одних и тех же систем.
Измерение расстояния
В лазерном дальномере используются разные типы лазера.
Распространенные длины волн:
- топографические сканеры – 1064 нм;
- батиметрические – 532 нм;
- наземные коммерческие приборы – 600-1000 нм;
- наземное научное оборудование – 1500 нм.
Эти значения выбираются с учетом факторов:
- свойства окружающей среды;
- отражающая способность изучаемых мест;
- чувствительность детектора;
- конструктивные требования к технике;
- допустимая степень безопасности излучения для зрения.
Сканирование
Для определения не только расстояния, но и обзора цели измеряется множество точек. Методы функционирования сканирующего лидара:
- качающееся зеркало – за счет изменения положения зеркала вокруг своей оси удается отсканировать нужную область и сформировать трехмерные данные;
- вращающаяся призма – более совершенный метод, в котором исключен недостаток зеркала в виде непостоянной скорости движения, здесь луч скачет по граням призмы и создает ряды точек;
- вращающееся зеркало – развертка формируется в виде эллиптической кривой, при этом каждая точка сканируется 2 раза;
- оптоволоконная подсистема – в отличие от названных механических методов оптоволоконный способ обеспечивает более стабильную геометрию сканирования, поскольку между оптическими каналами оборудования и оптоволокном связи фиксированы.
Где используют LiDAR
Сейчас технология лидар по-прежнему чаще всего используется для географических нужд и создания точных моделей и трехмерных карт местности. Хотя лидарами пользуются не только картографы, но и те ученые, кто изучает атмосферные явления. Например, климатологам LiDAR позволяет определять состав атмосферы и проводить исследование облаков, испарений, и на основе этих данных строить прогнозы по глобальному потеплению. Океанографы пользуются профессиональным лазерным дальномером для отслеживания береговой эрозии, а ботаники с помощью лидаров следят за состоянием лесов на Земле. LiDAR отлично подходит для изучения газового состава атмосферы, потому что разные газы поглощают лазерные лучи с различной интенсивностью. И запустив луч с самолета с определенной высоты и зная, на каком уровне находится поверхность в этой точке, принцип работы лидара позволяет узнать, какие газы преобладают в этом конкретном месте. Такое использование лидара уже называют DiAL, то есть LiDAR с дифференциальным поглощением. То, что часто называют «полицейским радаром», на деле оказывается лазерным сканером, с помощью которого хранители правопорядка определяют нарушителей скоростного режима. Подобные портативные приборы чаще всего используют длину волны 905 нм, что является дешевым, безопасным и эффективным решением. Помимо профессионального применения, точные датчики иногда используются и в более приземленных задачах. На основе данных с систем LiDAR строятся 3D-модели, проводятся 3D-сканирования различных объектов, а специалисты измеряют длину участков для кадастровых служб.
Вопросы
Основные сферы работы, использующие лидар?
- Географы, полицеские, 3D-моделлеры;
- Учителя, врачи, пожарные;
- Бухгалтера, грузчики, переводчики;
- Нотариусы, актёры, шахтёр.
Перечислите достоинства лидара.
- мгновенная мощность луча;
- когерентность излучения;
- низкие потери, обусловленные малой длиной волны
- луч намагничивает ценные подводные металлы
Список литературы