Čo je LiDAR?

Skenovanie technológiou LiDAR (Light Detection and Ranging)

Inovatívna metóda diaľkového merania vzdialenosti na základe výpočtu doby šírenia impulzu laserového lúča odrazeného od objektov, ktoré snímame. Svetelná detekcia a meranie vzdialenosti (LiDAR) využíva lasery na meranie nadmorskej výšky objektov. Je to technológia vzdialenosti, ktorá vzorkuje s neuveriteľnou mierou presnosti a bodov. 

LIDAR funguje na princípe vysielania svetelných impulzov. Tento impulz zasiahne zem, objekt a vráti sa na senzor. Potom zmeria, ako dlho trvá, kým sa svetlo vráti späť. Zaznamenaním času návratu LiDAR meria vzdialenosť. Vysiela 100 000, 200 000 alebo 300 000 impulzov za sekundu. Každú sekundu dostane na každý 1 meter pixel približne 15 impulzov. Preto mračno bodov je tvorené miliónmi bodov. Modernou metódou využitia LIDARu zber dát zo vzduchu a je jeho umiestnenie na dronoch.

Čo môže LiDAR generovať?

Predstavte si, že chodíte po lese. Potom sa pozriete na oblohu. Ak vidíte svetlo, znamená to, že pulzy LiDARu môžu tiež prechádzať. To tiež znamená, že LiDAR môže zasiahnuť holú zem alebo nízku vegetáciu. 

Použitím LiDARu získate holé pozemné body, nejde o röntgenové žiarenie prechádzajúce vegetáciou. Namiesto toho sa skutočne pozeráte cez medzery v listoch. Keď zasiahne vetvy, získate viac zásahov alebo návratov. Počet návratov laserových pulzov napríklad v lese klesá. Keď svetlo zasiahne rôzne časti lesa, dostanete „návratové číslo“. Napríklad dostanete 1., 2. a 3. návrat, až kým sa nakoniec nedostane až na holú zem. Ak v ceste nie je les, dopadne svetelný lúč priamo na povrch zeme. Systémy LiDAR môžu zaznamenávať informácie od vrcholu stromu až po zem. Vďaka tomu je LiDAR cenný pri interpretácii štruktúry a tvaru lesa.

Má hodnotu súradníc aj “z” spolu s “x a y”. Hodnoty nadmorskej výšky sa používajú všade, na cestách, budovách, mostoch a iných. Pred LIDARom sa na zachytenie súradníc z použila metóda zemného prieskumu alebo fotogrametrie, ale problém s touto metódou bol časovo náročný. LIDAR veci zjednodušil a zrýchlil. 

DSM – Digitálny model povrchu obsahuje vyvýšeniny z prírodných a zastavaných povrchov. Napríklad pridáva vyvýšenie od budov, striešok stromov, elektrické vedenie a ďalšie prvky. 

CHM – Modely výšky objektov nám poskytujú skutočnú výšku topografických prvkov na zemi. Tento typ výškového modelu tiež nazývame normalizovaný digitálny povrchový model (nDSM). 

Najprv si zoberte DSM, ktorý obsahuje prírodné a postavené prvky, ako sú stromy a budovy. Potom odpočítajte tieto výšky od holej Zeme (DEM). Keď ich odčítate, získate povrchy prvkov, ktoré predstavujú skutočnú výšku od zeme. 

Sila návratov LiDAR sa líši v závislosti od zloženia povrchového objektu, ktorý odráža návratnosť. Reflexné percentá sa označujú ako intenzita LiDARu. Intenzitu svetla ovplyvňuje množstvo faktorov. Napríklad dosah, uhol dopadu, lúč, prijímač a hlavne zloženie povrchu. Príkladom je, keď sa impulz nakloní ďalej, zníži sa návratová energia. Intenzita svetla je obzvlášť užitočná pri rozlišovaní prvkov v použití / pokrytí krajiny.

Bodová klasifikácia LiDAR

Existuje súbor klasifikačných kódov, tried, ktoré pre fotogrametriu a diaľkový prieskum (ASPRS) priraďuje k bodovej klasifikácii LiDAR. Triedy môžu zahŕňať pôdu, vegetáciu (nízka, stredná a vysoká), budovu a vodu atď. Bodová klasifikácia môže niekedy spadať do viac ako jednej kategórie. V takom prípade dodávatelia zvyčajne označujú tieto body sekundárnymi triedami.  

Aké je praktické použitie LiDARu?

Odborné aplikácie, v ktorých sa používa LiDAR, sú ohromujúce. Lesníci môžu využiť LiDAR na lepšie pochopenie štruktúry a tvaru stromu a lesa. Archeológovia používajú LiDAR na nájdenie špecifických vzorov v zemi, ktoré predstavujú potenciál nálezísk starých budov a objektov. Hydrológovia vymedzujú tvary tokov, prítokov a iných riečnych topografií.

Environmentálne hodnotenie: Mikro topografické údaje generované z údajov LIDAR sa používajú pri environmentálnom hodnotení. Posudzovanie životného prostredia sa vykonáva na ochranu rastlín a životného prostredia. Informácie o diaľkovom snímaní a informácie o povrchu (LIDAR) sa používajú na nájdenie oblasti, ktorá je ovplyvnená ľudskou činnosťou. 

Plánovanie a riadenie lesov: LIDAR sa v lesnom priemysle vo veľkej miere používa na plánovanie a pestovanie. Používa sa na meranie vertikálnej štruktúry vrchlíka lesa a tiež na meranie a porozumenie objemovej hustoty vrchlíka a výšky základne vrchlíka. Ďalším využitím LIDAR v lesnom priemysle je meranie výšky píku na odhad jeho rozšírenia koreňov. 

Manažment lesných požiarov: LIDAR sa v obhospodarovaní lesných požiarov stáva populárnou. Hasičský zbor sa mení z reaktívneho na proaktívne riadenie paľby. LIDAR pomáha monitorovať možnú oblasť požiaru, ktorá sa nazýva mapovanie paliva (model správania sa pri požiari). 

Presné lesníctvo: Presné lesníctvo je definované ako plánovanie a prevádzka lesnej oblasti špecifickej pre danú lokalitu s cieľom zvýšiť produktivitu kvality dreva, znížiť náklady a zvýšiť zisky a zachovať kvalitu životného prostredia. Kombinácia LIDAR a fotogrametrie sa používajú na vykonávanie presného lesníctva. 

Mestá a obce: Mestský úrad LIDAR používa na prieskum mesta. Keďže LIDAR je presný a rýchly na zisťovanie, pomáha mestu zistiť, kde sú veci a aké zmeny sa v meste odohrali. Oddelenie pre hodnotenie miest môže použiť LIDAR na zistenie toho, čo sa deje vo verejnom dvore. 

Poľnohospodárstvo: LIDAR pomáha poľnohospodárovi nájsť oblasť, v ktorej sa používajú nákladné hnojivá. LIDAR sa dá použiť na vytvorenie výškovej mapy poľnohospodárskej pôdy, ktorú je možné previesť na vytvorenie mapy oblasti sklonu a slnečného žiarenia. Informácie o vrstve sa môžu použiť na vytvorenie vysokej, strednej a nízkej produkčnej plochy plodín. Extrahované informácie pomôžu poľnohospodárom ušetriť na drahých hnojivách. 

Biodiverzita pre vtáky: Technológia LIDAR sa vyvíja pri hľadaní podrobných informácií o lese. Les je domovom rôznych druhov vtákov, zvierat a hmyzu. Veda využíva údaje LIDAR na analýzu lesa (vertikálna štruktúra), aby zistila, či je pre ne vhodné miesto. Vertikálna štruktúra stromov, kríkov a iných rastlín hovorí, aké druhy môžu v tejto oblasti žiť a prosperovať. 

Vymedzenie povodia a toku: DEM vygenerovaný z LIDAR sa používa na vytvorenie vymedzenia oblasti povodia a toku. Vysoký a presný DEM je hlavným vstupom a na jeho vytvorenie sa používa softvér GIS. Týmto spôsobom môžete vypočítať rozvodie pre jednotlivé vodné kanály a zistiť prúdový kanál pre záplavy zeme. 

ELC (Ecological & Land Classification) Poskytuje biologické a fyzikálne informácie o krajine, ktoré pomáhajú pri trvalo udržateľnom riadení. Proces ELC pomáha v celom rade odvetví, ako je plánovanie využívania pôdy, posudzovanie životného prostredia, obhospodarovanie lesov, obhospodarovanie biotopov a mnoho ďalších. Počas klasifikácie krajiny údaje LIDAR s vysokým rozlíšením pomáhajú pochopiť povahu a typ pôdy, ktorá pomôže v procese ELC. 

Riečny prieskum: Na meranie pod vodou sa používa zelené svetlo (532 nanometrov) penetrácie LIDAR. Informácie o vode sú potrebné na pochopenie hĺbky, sily toku, šírky rieky a ďalších informácií. V prípade riečneho inžinierstva sa údaje o jeho priereze extrahujú z údajov LIDAR (DEM) na vytvorenie riečneho modelu, ktorý vytvorí povodňovú cestu a okrajovú mapu povodní. 

Modelovanie znečistenia: LIDAR dokáže zistiť znečisťujúce častice oxidu uhličitého, oxidu siričitého a metánu. Tieto informácie pomáhajú skúmaným vytvoriť mapu hustoty znečisťujúcich látok oblasti, ktorá sa môže použiť na lepšie plánovanie mesta. 

Všeobecné 3D mapovanie: Model povrchu vytvorený z LIDAR sa používa na pridanie grafickej hodnoty do máp. DEM (z LIDAR) sa pridá pod všetky vrstvy, ktoré zobrazujú 3D pohľad na krajinu. Na leteckú fotografiu sa pridávajú najmä údaje LIDAR (DEM), aby sa zobrazil 3D pohľad, ktorý uľahčuje plánovanie ciest, budov, mostov a riek.

Plánovanie dopravy: Údaje LIDAR pre cestnú komunikáciu pomáhajú inžinierovi porozumieť im a poskytnúť cestovnú mapu na jeho zostavenie. Keďže LIDAR je vysoko presná technológia, pomáha porozumieť šírke, nadmorskej výške a dĺžke existujúcej cesty. Cestný inžinier používa údaje LIDAR pre výpočet výrezu a výplne, veľkosti priepustov, odstránenie vegetácie a ďalšie. 

Železničná infraštruktúra: Tradične sa meranie železničných tratí uskutočňovalo prostredníctvom bežného systému zisťovania. Teraz môže LIDAR rýchlo vykonávať merania železničnej trate a topografickej a okolitej oblasti železničnej cesty. 

Veterné farmy: LIDAR sa používa na veternej farme na výpočet smeru a sily vetra. LIDAR pripevnený k turbíne pomáha zmeniť smer lopatky, aby sa vytvoril väčší výkon. 

Ťažobný priemysel: LIDAR sa používa aj v ťažobnom priemysle na rôzne úlohy. Používa sa na meranie objemu rudy vytvorením pointcloudu a série fotografií priestoru. Tieto intervalové dáta sa používajú na výpočet presného objemu. Slúži aj pre preskúmanie oblasti lomov.

Zaznamenávanie tvarov budovy: Pozemný LIDAR sa môže použiť na zaznamenanie vnútra domu. Môže sa tiež použiť na zaznamenanie dizajnu interiéru. Tieto extrahované údaje je možné vytlačiť na 3D tlačiarni a modelovať ich. Alebo pri prestavbe budovy sa tieto zaznamenané informácie môžu použiť na obnovenie návrhu interiéru. 

BIM – Informačný model budovy: Pre Gis je cenným nástrojom, ktorý pomáha pri plánovaní, organizovaní a následnom raste v energetickom a verejnoprospešnom priemysle. Účinné riadenie energetických systémov je komplexná výzva. GIS má obrovský potenciál pre plánovanie, projektovanie a údržbu zariadení. Poskytuje tiež lepšie služby, a to príliš efektívne z hľadiska nákladov. 

Geológia: V geológii sa kombinácia lietadiel LIDAR a GPS vyvinula natoľko, že sa používa na zisťovanie poruchy a meranie zdvihu. Kombinácia vyššie uvedenej technológie sa použila na nájdenie chyby Seattle v štáte Washington v USA. Satelit NASA s názvom ICESAT, ktorý má snímač LIDAR, sa používa na monitorovanie ľadovcov a analýzu pobrežných zmien. 

Forenzné účely: 3D laserové skenovanie alebo LIDAR sa pri forenznom vyšetrení stáva veľmi populárnym. Aj keď je táto technológia nová, prijali ju policajné oddelenia, orgány činné v trestnom konaní.