آشنایی با لیدار

در این پست میخوایم با لیدار و سیستم اون به زبان ساده آشنا بشیم. پس با من همراه باشید.

 

دوست دارید یک عصای جادویی داشته باشید که با تکان دادن آن هر چیزی کنار شما ظاهر شود؟

هیچ عصایی مورد نیاز نیست. لیدار کار این عصای جادویی را انجام میدهد.

لیدار در واقع یک تکنولوژی فاصله محور است. سیستم هوابرد لیدار انرژی نوری را به سمت زمین میفرستد که این نور pulse نام دارد. لیدار نور برگشتی به سنسور را اندازه می گیرد و این نور برگشتی Return نام دارد.

بنابراین Pulse های نوری به سمت زمین می روند و برمیگردند و توسط سنسور دریافت شده و به آنها یک Range یا متغیر فاصله میدهد. این خودش مشخص میکند که لیدار اسم خود را از کجا آورده است.

Light Detection And Rangine

اما اجازه دهید کمی بیشتر لیدار را کالبدشکافی کنیم.

 

بررسی دقیق تر لیدار:

لیدار جزء سیستم های فعال سنجش از دوری است. یعنی یک Pulse از نور مادون قرمز می فرستد و منتظر برگشت پالس می ماند. این با حالت غیرفعال یا Passive تفاوت دارد که انرژی بازگشتی را از خورشید می گیرد.

لیدار یک ابزار نمونه برداری است. که 160000 پالس در هر ثانیه می فرستد که میلیون ها نقطه تولید می شوند. تراکم نقاط معمولا کمتر از 1 متر است . تقریبا 15 سانتی متر عمودی و 40 سانتی متر افقی

 

 

لیدار زمین را از یک طرف به طرف دیگر با پرواز هواپیما در سطح یک منطقه وسیع اسکن می کند. بعضی پالس ها مستقیم در نادیر اند و بعضی دیگر در زاویه ای با آن. بنابراین سیستم، زاویه را برای محاسبه ارتفاع درنظر میگیرد.

اگر شما در داخل یک جنگل انبوه باشید و از داخل آن نور ورودی به داخل جنگل را ببینید به همین صورت پالس های لیدار نیز از بین آنها میگذرند و به کف زمین یا علف های کوتاه آن برخورد می کنند.  پس میزان قابل توجهی از انرژی لیدار به داخل تاج پوشش جنگل نفوذ می کند درست مثل نور خورشید

اما لیدار لازم نیست به کف زمین برخورد کند. در جنگل می تواند از قسمت های مختلفی بگذرد تا اینکه پالس به زمین برخورد کند. در جنگل پالس ها به سمت زمین حرکت می کنند و ما انعکاس را از قسمت های مختلف دریافت میکنیم. اولین، دومین و سومین Return تا عاقبت به سطح زمین برخورد کند. این سیستم ها می توانند اطلاعات را از بالای درخت تا زمین ثبت کنند و این، لیدار را برای فهم ساختار جنگل و شکل درختان ارزشمند می سازد.

 

 

 

چگونه مدل رقومی ارتفاعی از لیدار تولید می شود؟

نقاطی که به زمین برخورد می کنند مدل های ارتفاعی را می سازند. راه هایی وجود دارد که آخرین نقاط برگشتی را فیلتر کند و درونیابی انجام دهد و مدل ساخته شود. توسط DEM شما می توانید محصولاتی مثل شیب و جهت و Hillshade تولید کنید.

لیدار علاوه بر اینکه اطلاعات دقیق از سطح زمین بدست می آورد می تواند از اجسام و ارتفاعات نیز اطلاعات بگیرد. اولین Return  را گرفته و از آخرین Return کم میکنید. به عنوان مثال با توجه به شکل زیر:

 

Return  اول – Return  دوم و سپس درونیابی انجام می دهید.

درصد انعکاس ها تعیین کننده شدت (intensity) لیدار است. اما بعضی از فاکتورها بر روی شدت لیدار تاثیر دارد مثل دامنه، زاویه برخورد، شعاع و ترکیبات سطح

 

 

وقتی پالس با زاویه بیشتر یا کج تر باشد میزان انرژی برگشتی کاهش می یابد. شدت لیدار در تشخیص عوارض در کاربری اراضی مفید است. طبقه بندی شی گرا می تواند این عوارض را با استفاده از مقادیر شدت نور جدا کند.

این داده ها می توانند قبلا توسط ارایه دهنده یا فروشنده داده توسط کدهایی طبقه بندی شوند. این طبقه بندی حالت نیمه اتوماتیک دارد.

 

موسسه ASPRS یک لیستی از کدهای طبقه بندی برای لیدار دارد و شامل:

• زمین
• گیاه (کم- متوسط- زیاد)
• ساختمان ها
• آب
• طبقه بندی نشده و….

 

اگر به من 5 ثانیه وقت دهید تا یک نوع داده جی آی اس انتخاب کنم تا در ادامه عمرم با آن کار کنم انتخاب من لیدار است. آن داده ها به فرمت LAS ذخیره می شوند و این فرمت توسط ASPRS تولید شده و تبدیل داده ها را بین ارایه دهنده و مصرف کننده تسهیل می کند.

 

حال داده های لیدار را از کجا می توان تهیه کرد.

به دو صورت قابل تهیه اند:

1. منابع رایگان
2. منابع غیر رایگان

که در بیشتر مواقع باید از داده های غیررایگان استفاده نمایید. منابع رایگان در پستی جداگانه معرفی می شوند.

 

 

انواع سیستم های لیدار:

• Profiling Lidar : اولین نوع لیدار بود که در سال 1980 برای اولین بار استفاده شد. که به صورت یک عارضه خطی مثل خطوط انتقال نیرو به کار گرفته شد.
• Small footprint Lidar : نوعی از لیدار که امروزه استفاده می شود و تا 20 درجه را اسکن می کند و دو نوع از این لیدار وجود دارد:

لیدار توپوگرافی که از نور مادن قرمز نزدیک برای نقشه برداری زمین استفاده می کند و لیدار عمق سنج که به داخل آب نفوذ کرده و برای اندازه گیری کف آب و بستر رودخانه استفاده می شود.

 

• Large footprint Lidar : از کل طول موج ها استفاده می کند. بدست آوردن Terrain از این نوع لیدار مشکل است چون pulse های برگشتی از یک منطقه وسیع می تواند دارای شیب باشد. نرم افزارهای کمتری برای کار با این نوع داده ها وجود دارند.
• Ground base Lidar : بر روی سه پایه قرار میگیرد و اسکن انجام میدهد. این نوع برای اسکن ساختمان ها مفید است و در زمین شناسی، جنگلداری، حفاظت از میراث طبیعی و برنامه های ساخت وساز استفاده می شود.

 

 

در ادامه برخی از کاربردهای لیدار را ذکر می کنیم:

• اکولوژی رودخانه: برای مشخص کردن درجات رودخانه ها
• جنگبان ها از لیدار برای بررسی ساختار جنگل و شکل درختان استفاده می کنند (به دلیل اینکه یک Pulse می تواند چند Return داشته باشد). در مورد درختان سیستم لیدار اطلاعاتی را از بالای تاج به طرف زمین ثبت می کند.
• در ماشین های هوشمند گوگل وقتی ماشین توسط پلیس کنار کشیده می شود چگونه عکس العمل نشان می دهد؟ این ماشین ها از سیستم لیدار استفاده می کنند. اولین راز پشت این ها سیستم لیداری است که وجود عابرهای پیاده، دوچرخه سواران، علایم و موانع را تشخیص می دهد.
• باستان شناسان از لیدار برای پیدا کردن تغییرات دقیق در پستی و بلندی زمین استفاده می کنند. این خیلی شگفت انگیز است وقتی باستان شناسان الگوهای مربعی در زمینی که پوشیده از گیاه است پیدا می کنند.

 

اجزای لیدار:

لیدار از 4 جزء تشکیل شده است. این 4 جزء با هم کار میکنند.

1. حسگرها یا سنسورهای لیدار سطح زمین را ازیک طرف تا طرفی دیگر با پرواز هواپیما اسکن می کنند. حسگرها عموما در باندهای سبز یا مادون قرمز نزدیک اند.
2. دریافت کننده جی پی اس: موقعیت هواپیما را ثبت می کند.
3. واحد اندازه گیری اینرسی: شیب هواپیما یا وسیله پروازی را هنگام پرواز اندازه گیری می کند.
4. کامپیوترها: داده های ارتفاعی حاصل از اسکن را ثبت می کند.

 

نتیجه گیری:

لیدار از لیزر برای اندازه گیری ارتفاع عوارضی مثل جنگل ها، ساختمان ها و سطح زمین استفاده می کند که مشابه سونار (امواج صوتی) و رادار (امواج رادیویی) یک پالس را میفرستد و زمان برگشت را اندازه گیری می کند. اما لیدار متفاوت از این دو است چون که از نور استفاده می کند.

کاربردهای لیدار زیاد است مثل:

• ساختار جنگل
• باستان شناسی
• نقشه برداری های کاربری های اراضی
• مدل های سیلاب
• برنامه ریزی حمل و نقل
• معماری
• اکتشاف نفت و گاز
• ایمنی عمومی
• وسایل نقلیه خودکار
• ارتش و حفاظت

می توانید مطالب بالا  را در قالب جزوه ای دانلود نمایید: