آشنایی با لیدار

لیدار (ثبت و اندازه گیری فاصله توسط نور) سیستمی است که به تازگی پا به عرصه ی سنجش از دور گذاشته است و حوضه ی وسیعی از کاربرد ها را به روی متخصصین و مهندسین حوزه ی ژئوماتیک و سایر رشته ها گشوده است.

لیزر برای اولین بار در سال 1960 توسط شرکت Hughes  طراحی و ساخته شد. اولین استفاده از پرتو های لیزر برای اندازه گیری فاصله، مربوط به ایستگاه های هواشناسی و جوشناسی بود که در آنها با استفاده از پرتوی لیزر و بازگشت های مختلف آن از فواصل گوناگون، در صد عناصر و ترکیبات گازهای موجود در اتمسفر را به صورت لایه به لایه مطالعه می کردند. با پیشرفت تکنولوژی قدرت این لیزر ها، طول موج و قدرت فرستنده و گیرنده به گونه ای تکامل یافت که برای تولید لیزر اسکنر های نقشه برداری مناسب بودند.

شکل 1- لیدار در مطالعات جوی

لیدار هوایی سیستم جامعی متشکل از چندین بخش است که قادر می باشد مختصات سه بعدی دقیق را با سرعت بسیار بالا، به صورت مستقیم برای کاربر فراهم کند. لیدار نسبت به سایر روش های تولید اطلاعات توپوگرافی مزیت های مهمی دارد مثل سرعت و دقت بالا، تراکم بیشتر نقاط، سیستم اتوماتیک، نیازمندی کمتر به نقاط کنترل زمینی، دیجیتالی بودن داده ها از بدو آغاز عملیات، و از همه مهمتر عدم وابستگی به شرایط آب و هوایی که آنرا قادر می سازد در مواقع بحرانی و شرایط مختلف آب و هوایی مورد استفاده قرار گیرد.

یک سیستم لیزر اسکنر هوایی از بخش های مختلفی تشکیل شده است که می توان آنها را به صورت زیر خلاصه کرد:

• بخش فرستنده و گیرنده ی لیزر
• کامپیوتر برای انجام پردازش ها، محاسبه ی مختصات و ذخیره سازی
• سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS)
• سیستم جهت یاب درونی (INS)
• بخش های مکانیکی

شکل 2- بخش های مختلف یک سیستم لیزر اسکنر هوایی

بخش مکانیکی وظیفه ی کنترل و هدایت پالس لیزر به جهات مختلف و همچنین هدایت بازتاب لیزر به سمت گیرنده را دارد. INS (یا IMU) و GPS موقعیت لحظه به لحظه ی هواپیما را ثبت می کنند تا در بخش پردازش برای محاسبه ی مختصات هواپیما و سپس مختصات نقاط زمینی از آنها استفاده شود. بخش فرستنده و گیرنده نیز با تولید پالس های لیزر با فرکانس بالا و فرستادن آنها به سمت زمین و گرفتن نور پراکنده شده، اطلاعات اصلی مورد نیاز برای محاسبه ی مختصات، یعنی زمان رفت و برگشت نور را در اختیار سیستم پردازشی قرار می دهد.

بخش پردازش با استفاده از این رابطه ی ساده که فاصله برابر است با سرعت نور ضرب در نصف زمان رفت و برگشت پالس، و به کمک زوایای بدست آمده از IMU موقعیت سه بعدی نقاط را محاسبه می کند.

کاربرد های بسیار زیادی برای لیدار می توان متصور شد. در ابتدای پیدایش این سیستم ها، تنها برای اخذ اطلاعات توپوگرافی از آنها استفاده می شد و هرگونه اطلاعات دیگری به جز سطح زمین لخت (Bare Earth) به عنوان داده ی اضافی در نظر گرفته می شد. اما با پیشرفت بیشتر و قرار گیری وسیع تر این داده ها در دست محققین، کاربرد های بسیار شگفت انگیزی از لیدار پدیدار شدند. تولید مدل های سه بعدی شهری برای مدیریت شهری و مدیریت بحران، پیش بینی سیل و مدلسازی طغیان رودخانه ها، مدلسازی رانش زمین در بخش هایی که احتمال وقوع این فاجعه زیاد است، عمق سنجی رودخانه ها، زمین ریخت شناسی، مطالعات یخچال های طبیعی، مطالعات زیست بوم جنگل ها در مقیاس وسیع و با دقت بالا، تولید مدل های ارتفاعی رقومی از محیط های مختلف شهری جنگلی و…، نقشه برداری از خطوط انتقال نیرو، راه آهن ها، جاده ها و برنامه ریزی برای هدایت آنها تنها بخش کوچکی از کاربرد های سیستم های لیزر اسکنر هوایی هستند.

شکل 3- کاربرد لیدار در کنترل خطوط انتقال نیرو و مدلسازی آنها

شکل 4- مدلسازی شهری توسط لیدار

شکل 5- مدلسازی سه بعدی شهری و استفاده از آن در تور مجازی

این مطلب را آقای احمدی از دانشجویان سنجش از دور دانشگاه تهران تهیه کرده اند.

همچنین مطلب بالا بخشی از مطلب شماره دوم مجله تخصصی سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی (زمین نما) می باشد. برای دریافت نسخه کامل این مجله بر روی دکمه زیر کلیک کنید:

جهت دریافت مجله کلیک کنید