Was ist LiDAR?

Scannen mit LiDAR-Technologie (Light Detection and Ranging).

Eine innovative Methode zur Entfernungsmessung aus der Ferne, die auf der Berechnung der Ausbreitungszeit des Impulses des Laserstrahls basiert, der von den zu scannenden Objekten reflektiert wird. Light Detection and Ranging (LiDAR) verwendet Laser, um die Höhe von Objekten zu messen. Es handelt sich um eine Distanztechnologie, die mit einem unglaublichen Maß an Genauigkeit und Punkten abtastet.

LIDAR funktioniert nach dem Prinzip der Aussendung von Lichtimpulsen . Dieser Impuls trifft auf den Boden, das Objekt und kehrt zum Sensor zurück. Anschließend wird gemessen, wie lange es dauert, bis das Licht zurückkehrt. Durch die Aufzeichnung der Rückkehrzeit misst der LiDAR die Entfernung. Es sendet 100.000, 200.000 oder 300.000 Impulse pro Sekunde aus. Pro Sekunde empfängt er etwa 15 Impulse pro 1 Meter Pixel. Daher besteht die Punktewolke aus Millionen von Punkten. Eine moderne Methode zur Nutzung von LIDAR besteht darin, Daten aus der Luft zu sammeln und auf Drohnen zu übertragen.

Was kann LiDAR erzeugen?

Stellen Sie sich vor, Sie gehen im Wald spazieren. Dann schaust du in den Himmel. Wenn Sie das Licht sehen können, bedeutet das, dass auch die LiDAR-Impulse passieren können. Dies bedeutet auch, dass LiDAR auf nackten Boden oder niedrige Vegetation treffen kann.

Durch die Verwendung von LiDAR erhalten Sie blanke Bodenpunkte Es handelt sich nicht um Röntgenstrahlung, die die Vegetation durchdringt. Stattdessen blickt man tatsächlich durch Lücken in den Blättern. Wenn es die Zweige trifft, erhalten Sie mehr Treffer oder Rückläufe. Beispielsweise nimmt die Anzahl der Rückläufe von Laserpulsen im Wald ab. Da das Licht verschiedene Teile des Waldes trifft, erhält man eine „Rückkehrnummer“. Sie erhalten zum Beispiel 1., 2. und 3. Rücklauf, bis es schließlich den nackten Boden erreicht. Wenn kein Wald im Weg ist, fällt der Lichtstrahl direkt auf die Erdoberfläche. LiDAR-Systeme können Informationen von der Baumkrone bis zum Boden aufzeichnen. Dies macht LiDAR für die Interpretation von Waldstruktur und -form wertvoll.

Es hat den Koordinatenwert „z“ sowie „xay“. Höhenwerte werden überall verwendet, auf Straßen, Gebäuden, Brücken und mehr. Vor LIDAR wurde zur Erfassung der Z-Koordinaten eine Bodenvermessungs- oder Photogrammetriemethode verwendet, das Problem bei dieser Methode war jedoch zeitaufwändig. LIDAR hat die Dinge einfacher und schneller gemacht.

DSM – Digitales Oberflächenmodell enthält Erhebungen von natürlichen und bebauten Flächen. Beispielsweise werden Höhen von Gebäuden, Baumkronen, Stromleitungen und anderen Elementen hinzugefügt.

CHM – Objekthöhenmodelle geben uns die tatsächliche Höhe topografischer Merkmale am Boden. Wir nennen diese Art von Höhenmodell auch ein normalisiertes digitales Oberflächenmodell (nDSM).

Nehmen Sie zunächst ein DSM, das natürliche und bebaute Merkmale wie Bäume und Gebäude enthält. Dann subtrahieren Sie diese Höhen von der nackten Erde (DEM). Wenn Sie sie subtrahieren, erhalten Sie die Merkmalsflächen, die die tatsächliche Höhe vom Boden darstellen.

Die Stärke der LiDAR-Rückgaben variiert je nach Zusammensetzung des Oberflächenobjekts, das die Rückmeldung reflektiert. Reflexionsprozentsätze werden als LiDAR-Intensität bezeichnet. Viele Faktoren beeinflussen die Intensität des Lichts. Zum Beispiel Reichweite, Einfallswinkel, Strahl, Empfänger und insbesondere Oberflächenbeschaffenheit. Ein Beispiel: Wenn der Impuls weiter geneigt wird, verringert sich die Rückenergie. Die Lichtintensität ist besonders nützlich zur Unterscheidung von Merkmalen bei der Landnutzung/-bedeckung.

LiDAR-Punktklassifizierung

Es gibt eine Reihe von Klassifizierungscodes, Klassen, die die American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS) der LiDAR-Punktklassifizierung zuordnet. Die Klassen können Boden, Vegetation (niedrig, mittel und hoch), Gebäude und Wasser usw. umfassen. Eine Punktklassifizierung kann manchmal in mehr als eine Kategorie fallen. In diesem Fall kennzeichnen Lieferanten diese Punkte in der Regel mit sekundären Klassen.

Was ist der praktische Nutzen von LiDAR?

Die professionellen Anwendungen, in denen LiDAR eingesetzt wird, sind atemberaubend. Förster können LiDAR verwenden, um die Struktur und Form von Bäumen und Wäldern besser zu verstehen. Archäologen nutzen LiDAR, um spezifische Muster im Boden zu finden, die das Potenzial für Standorte antiker Gebäude und Bauwerke darstellen. Hydrologen beschreiben die Formen von Bächen, Nebenflüssen und anderen Flusstopografien.

Umweltprüfung: Aus LIDAR-Daten generierte mikrotopografische Daten werden in der Umweltbewertung verwendet. Die Umweltverträglichkeitsprüfung dient dem Schutz der Pflanzen und der Umwelt. Fernerkundung und Oberflächeninformationen (LIDAR) werden verwendet, um ein Gebiet zu finden, das von menschlichen Aktivitäten betroffen ist.

Waldplanung und -bewirtschaftung: LIDAR wird in der Forstwirtschaft häufig zur Planung und Bepflanzung eingesetzt. Es wird verwendet, um die vertikale Struktur der Baumkronen zu messen und auch um die Schüttdichte und die Basishöhe der Baumkronen zu messen und zu verstehen. Eine weitere Verwendung von LIDAR in der Forstwirtschaft besteht darin, die Höhe eines Gipfels zu messen, um dessen Wurzelausbreitung abzuschätzen.

Waldbrandmanagement: LIDAR erfreut sich im Waldbrandmanagement immer größerer Beliebtheit. Die Feuerwehr wechselt vom reaktiven zum proaktiven Brandmanagement. LIDAR hilft bei der Überwachung des potenziellen Brandbereichs, was als Brennstoffkartierung (Brandverhaltensmodell) bezeichnet wird.

Präzisionsforstwirtschaft: Unter Präzisionsforstwirtschaft versteht man die Planung und den Betrieb einer standortspezifischen Waldfläche, um die Produktivität der Holzqualität zu steigern, Kosten zu senken und Gewinne zu steigern sowie die Umweltqualität zu erhalten. Für die Präzisionsforstwirtschaft wird eine Kombination aus LIDAR und Photogrammetrie eingesetzt.

Städte und Gemeinden : Das Stadtamt nutzt LiDAR zur Vermessung der Stadt. Da LiDAR genau und schnell zu erkennen ist, hilft es der Stadt zu wissen, wo sich Dinge befinden und welche Veränderungen in der Stadt stattgefunden haben. Das Department of Urban Assessment kann LiDAR nutzen, um herauszufinden, was in einem öffentlichen Hof vor sich geht.

Landwirtschaft: LiDAR hilft dem Landwirt, den Bereich zu finden, in dem teure Düngemittel verwendet werden. Mit LiDAR kann eine Höhenkarte landwirtschaftlicher Flächen erstellt werden, die in eine Karte der Neigungs- und Sonneneinstrahlungsfläche umgewandelt werden kann. Mithilfe von Schichtinformationen können Gebiete mit hohem, mittlerem und niedrigem Pflanzenanbau erstellt werden. Die extrahierten Informationen helfen Landwirten, teure Düngemittel einzusparen.

Artenvielfalt für Vögel: Auf der Suche nach detaillierten Informationen über den Wald wird die LiDAR-Technologie entwickelt. Der Wald ist die Heimat verschiedener Vogel-, Tier- und Insektenarten. Die Wissenschaft nutzt LiDAR-Daten, um den Wald (vertikale Struktur) zu analysieren, um zu sehen, ob es einen geeigneten Platz dafür gibt. Die vertikale Struktur von Bäumen, Sträuchern und anderen Pflanzen zeigt, welche Arten in diesem Gebiet leben und gedeihen können.

Becken- und Bachdefinition: Mit LiDAR generiertes DEM wird zur Erstellung der Einzugsgebiets- und Bachgebietsabgrenzung verwendet. Ein hochpräzises DEM ist die Haupteingabe und wird mit GIS-Software erstellt. Auf diese Weise können Sie die Wasserscheide für einzelne Wasserkanäle berechnen und den aktuellen Kanal für die Überflutung des Landes ermitteln.

ELC (Ökologische und Landklassifizierung) Es liefert biologische und physikalische Informationen über die Landschaft, die bei der nachhaltigen Bewirtschaftung hilfreich sind. Der ELC-Prozess hilft in einer Vielzahl von Branchen wie Landnutzungsplanung, Umweltverträglichkeitsprüfung, Waldbewirtschaftung, Habitatmanagement und vielen anderen. Bei der Landschaftsklassifizierung helfen hochauflösende LiDAR-Daten, die Beschaffenheit und Art des Bodens zu verstehen, was den ELC-Prozess unterstützt.

Flussvermessung: Die LiDAR-Penetration mit grünem Licht (532 Nanometer) wird zur Messung unter Wasser verwendet. Wasserinformationen werden benötigt, um die Tiefe, die Stärke der Strömung, die Breite des Flusses und andere Informationen zu verstehen. Für den Flussbau werden die Querschnittsdaten aus LiDAR-Daten (DEM) extrahiert, um ein Flussmodell zu erstellen, das eine Überschwemmungspfad- und Überschwemmungsrandkarte erstellt.

Verschmutzungsmodellierung: LiDAR kann die umweltschädlichen Partikel Kohlendioxid, Schwefeldioxid und Methan erkennen. Mithilfe dieser Informationen können Forscher eine Schadstoffdichtekarte des Gebiets erstellen, die für eine bessere Stadtplanung genutzt werden kann.

Allgemeine 3D-Kartierung: Ein aus LiDAR erstelltes Oberflächenmodell wird verwendet, um Karten grafischen Wert zu verleihen. Unter allen Ebenen, die eine 3D-Ansicht der Landschaft anzeigen, wird ein DEM (von LiDAR) hinzugefügt. Insbesondere werden LiDAR-Daten (DEM) zu Luftaufnahmen hinzugefügt, um eine 3D-Ansicht anzuzeigen, die die Planung von Straßen, Gebäuden, Brücken und Flüssen erleichtert.

Transportplanung: Straßen-LiDAR-Daten helfen dem Ingenieur, sie zu verstehen und eine Straßenkarte für den Bau bereitzustellen. Als hochpräzise Technologie hilft LiDAR dabei, die Breite, Höhe und Länge einer bestehenden Straße zu verstehen. Ein Straßenbauingenieur verwendet LiDAR-Daten, um Abtrag und Auffüllung, Durchlassgrößen, Vegetationsentfernung und mehr zu berechnen.

Eisenbahninfrastruktur: Traditionell erfolgte die Vermessung von Eisenbahnstrecken über ein gemeinsames Vermessungssystem. Jetzt kann LiDAR schnell Messungen der Bahnstrecke sowie der Topographie und Umgebung der Bahnstrecke durchführen.

Windparks: LiDAR wird in einem Windpark zur Berechnung von Windrichtung und -stärke eingesetzt. Ein an der Turbine angebrachter LiDAR hilft dabei, die Richtung des Rotorblatts zu ändern, um mehr Leistung zu erzeugen.

Bergbauindustrie: Auch im Bergbau wird LiDAR für verschiedene Aufgaben eingesetzt. Es wird verwendet, um das Erzvolumen zu messen, indem eine Punktwolke und eine Reihe von Fotografien des Raums erstellt werden. Diese Intervalldaten werden zur Berechnung des genauen Volumens verwendet. Es dient auch der Untersuchung des Steinbruchgeländes.

Gebäudeformen erfassen: Mit bodengestütztem LiDAR kann das Innere eines Hauses erfasst werden. Es kann auch zur Aufnahme von Innenarchitekturen verwendet werden. Diese extrahierten Daten können auf einem 3D-Drucker gedruckt und modelliert werden. Oder bei der Sanierung eines Gebäudes können diese erfassten Informationen zur Wiederherstellung der Innenarchitektur genutzt werden.

BIM – Building Information Model: Für GIS ist es ein wertvolles Werkzeug, das bei der Planung, Organisation und dem anschließenden Wachstum in der Energie- und Versorgungsbranche hilft. Das effektive Management von Energiesystemen ist eine komplexe Herausforderung. GIS bietet enormes Potenzial für die Planung, Gestaltung und Wartung von Anlagen. Es bietet auch einen besseren Service und ist auch kostengünstiger.

Geologie: In der Geologie hat sich die Kombination von Flugzeug-LiDAR und GPS so weit entwickelt, dass sie zur Fehlererkennung und Auftriebsmessung eingesetzt wird. Eine Kombination der oben genannten Technologien wurde verwendet, um den Seattle-Bug im US-Bundesstaat Washington zu finden. Ein NASA-Satellit namens ICESAT, der über einen LiDAR-Sensor verfügt, wird zur Überwachung von Gletschern und zur Analyse von Küstenveränderungen eingesetzt.

Forensische Zwecke: 3D-Laserscanning oder LiDAR erfreut sich in der Forensik immer größerer Beliebtheit. Obwohl diese Technologie neu ist, wurde sie von Polizeibehörden und Strafverfolgungsbehörden übernommen.