تم تطوير LIDAR أو المسح بالليزر ثلاثي الأبعاد في أوائل الستينيات للكشف عن الغواصات من طائرة ، واستخدمت النماذج المبكرة بنجاح في أوائل السبعينيات. في الوقت الحاضر ، يصعب تخيل البحث البيئي دون استخدام تقنيات الاستشعار عن بعد مثل اكتشاف الضوء و Ranging (LIDAR) و كشف المدى الراديوي (RADAR) . إن الاستبانة المكانية والتقدمية العالية للقياسات ، وإمكانية مراقبة الغلاف الجوي في الظروف المحيطة ، وإمكانية تغطية نطاق الارتفاع من الأرض إلى أكثر من 100 كيلومتر من الارتفاع تشكل جاذبية أدوات LIDAR.

يمكن استخدام مجموعة متنوعة من عمليات التفاعل للإشعاع المنبعث مع عناصر الغلاف الجوي في LIDAR للسماح بتحديد متغيرات البيئة الأساسية للحالة ، مثل درجة الحرارة والضغط والرطوبة والرياح ، بالإضافة إلى المسح الجغرافي والنهر ارتفاع السرير ، ودراسة المناجم ، وكثافة الغابات والتلال ، ودراسة ما تحت البحر (قياس الأعماق).

كيف يعمل LIDAR؟

مبدأ عمل نظام الكشف عن الضوء وتحديد المدى بسيط للغاية. مستشعر LIDAR مركب على طائرة أو مروحية. يولد قطار نبضات الليزر ، والذي يرسل إلى السطح / الهدف لقياس الوقت الذي يستغرقه للعودة إلى مصدره. يتم حساب الحساب الفعلي لقياس المسافة التي قطعها فوتون ضوئي عائد من وإلى جسم ما

المسافة = (سرعة الضوء × وقت الرحلة) / 2

ثم يتم حساب المسافات الدقيقة للنقاط الموجودة على الأرض ويمكن تحديد الارتفاعات جنبًا إلى جنب مع المباني السطحية الأرضية والطرق والنباتات التي يمكن تسجيلها. يتم دمج هذه الارتفاعات مع التصوير الجوي الرقمي لإنتاج نموذج ارتفاع رقمي للأرض.

نظام كشف الضوء وتحديد المدى

تطلق أداة الليزر نبضات سريعة من ضوء الليزر على سطح ، يصل بعضها إلى 150000 نبضة في الثانية. يقيس المستشعر الموجود على الجهاز مقدار الوقت الذي تستغرقه كل نبضة في الانعكاس. يتحرك الضوء بسرعة ثابتة ومعروفة حتى تتمكن أداة LIDAR من حساب المسافة بينه وبين الهدف بدقة عالية. بتكرار هذا في تقدم سريع ، تُنشئ الأداة 'خريطة' معقدة للسطح الذي تقيسه.

مع الكشف عن الضوء المحمول جواً وتحديد المدى ، يجب جمع البيانات الأخرى لضمان الدقة. نظرًا لأن المستشعر يتحرك في الارتفاع ، يجب تضمين موقع الجهاز واتجاهه لتحديد موضع نبضة الليزر في وقت الإرسال ووقت العودة. هذه المعلومات الإضافية ضرورية لسلامة البيانات. مع كشف الضوء الأرضي وتحديد المدى يمكن إضافة موقع GPS واحد في كل موقع حيث تم إعداد الجهاز.

أنواع نظام LIDAR

بناء على المنصة

LIDAR الأرضي
ليدار المحمولة جوا
مركبة الفضاء ليدار

أنظمة LiDAR القائمة على المنصة

بايد في العملية الفيزيائية

Rangefinder LIDAR
مينا ليدار
ليدار دوبلر

بايد في عملية التشتت

لي
رايلي
رامان
ضوئي

المكونات الرئيسية لأنظمة LIDAR

تستخدم معظم أنظمة الكشف عن الضوء وتحديد المدى أربعة مكونات رئيسية

مكونات أنظمة الكشف عن الضوء والمدى

“كيفية تحديد مكثف قطبية ”

الليزر

الليزر يتم تصنيفها من خلال الطول الموجي. تستخدم أنظمة الكشف عن الضوء المحمولة جواً وأنظمة تحديد المدى أشعة الليزر Nd: YAG التي يتم ضخها بواسطة الصمام الثنائي 1064 نانومتر بينما تستخدم أنظمة قياس الأعماق ليزر Nd: YAG مزدوج المضخ بضخ الصمام الثنائي 532 نانومتر والذي يخترق المياه بأقل توهين من النظام المحمول جواً (1064 نانومتر). يمكن تحقيق دقة أفضل مع نبضات أقصر بشرط أن يكون لدى كاشف المستقبل والإلكترونيات نطاق ترددي كافٍ لإدارة تدفق البيانات المتزايد.

الماسحات الضوئية والبصريات

تتأثر السرعة التي يمكن بها تطوير الصور بالسرعة التي يمكن بها مسحها ضوئيًا في النظام. تتوفر مجموعة متنوعة من طرق المسح لدرجات دقة مختلفة مثل السمت والارتفاع ، والماسح ثنائي المحور ، ومرايا الطائرة المتذبذبة المزدوجة ، والمرايا متعددة الأضلاع. يحدد نوع البصريات النطاق والدقة التي يمكن اكتشافها بواسطة النظام.

جهاز كشف الصور وجهاز الاستقبال

الكاشف الضوئي هو جهاز يقوم بقراءة وتسجيل الإشارة المرتدة للنظام. هناك نوعان رئيسيان من تقنيات الكاشف الضوئي ، كاشفات الحالة الصلبة ، مثل الثنائيات الضوئية السليكونية والانهيارات الضوئية والمضاعفات الضوئية.

أنظمة الملاحة وتحديد المواقع / GPS

عندما يتم تركيب مستشعر اكتشاف الضوء وتحديد المدى على قمر صناعي للطائرة أو سيارات ، فمن الضروري تحديد الموضع المطلق واتجاه المستشعر للحفاظ على البيانات القابلة للاستخدام. أنظمة تحديد المواقع العالمية (GPS) توفير معلومات جغرافية دقيقة فيما يتعلق بموضع المستشعر وتسجل وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) التوجيه الدقيق لجهاز الاستشعار في ذلك الموقع. يوفر هذان الجهازان طريقة لترجمة بيانات المستشعر إلى نقاط ثابتة لاستخدامها في مجموعة متنوعة من الأنظمة.

أنظمة الملاحة وتحديد المواقع / GPS

معالجة بيانات LIDAR

تقوم آلية الكشف عن الضوء وتحديد المدى بجمع بيانات الارتفاع جنبًا إلى جنب مع بيانات وحدة القياس بالقصور الذاتي يتم وضعها مع الطائرة ووحدة GPS. بمساعدة هذه الأنظمة ، يقوم مستشعر Light Detection And Ranging بجمع نقاط البيانات ، ويتم تسجيل موقع البيانات جنبًا إلى جنب مع مستشعر GPS. البيانات مطلوبة لمعالجة وقت العودة لكل نبضة مبعثرة إلى المستشعر وحساب المسافات المتغيرة من المستشعر ، أو التغييرات في أسطح الغطاء الأرضي. بعد المسح ، يتم تنزيل البيانات ومعالجتها باستخدام برنامج كمبيوتر مصمم خصيصًا (LIDAR point Cloud Data Processing Software). الناتج النهائي دقيق ومسجل جغرافيًا لخط الطول (X) وخط العرض (Y) والارتفاع (Z) لكل نقطة بيانات. تتكون بيانات رسم الخرائط LIDAR من قياسات ارتفاع السطح ويتم الحصول عليها من خلال المسوحات الطبوغرافية الجوية. تنسيق الملف المستخدم لالتقاط وتخزين بيانات LIDAR هو ملف نصي بسيط. باستخدام نقاط الارتفاع ، يمكن استخدام البيانات لإنشاء خرائط طبوغرافية مفصلة. باستخدام نقاط البيانات هذه ، فإنها تسمح أيضًا بإنشاء نموذج ارتفاع رقمي لسطح الأرض.

تطبيقات أنظمة LIDAR

علم المحيطات

يستخدم LIDAR لحساب مضان العوالق النباتية والكتلة الحيوية في سطح المحيط. كما أنها تستخدم لقياس عمق المحيط (قياس الأعماق).

ليدار في علم المحيطات

DEM (نموذج الارتفاع الرقمي)

لها إحداثيات x ، y ، z. يمكن استخدام قيم الارتفاع في كل مكان ، في الطرق والمباني والجسور وغيرها. لقد جعل من السهل التقاط ارتفاع السطح وطوله وعرضه.

فيزياء الغلاف الجوي

يستخدم LIDAR لقياس كثافة السحب وتركيز الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والكبريت وجزيئات الغاز الأخرى في الغلاف الجوي الأوسط والعلوي.

جيش

لطالما استخدم العسكريون LIDAR لفهم الحدود المحيطة بالأرض. يقوم بإنشاء خريطة عالية الدقة للأغراض العسكرية.

علم الارصاد الجوية

تم استخدام LIDAR لدراسة السحابة وسلوكها. يستخدم LIDAR طوله الموجي لضرب الجسيمات الصغيرة في السحابة لفهم كثافة السحب.

مسح النهر

الضوء الأخضر (532 نانومتر) يستخدم لازار LIDAR لقياس المعلومات تحت الماء المطلوبة لفهم عمق وعرض النهر وقوة التدفق والمزيد. بالنسبة لهندسة النهر ، يتم استخراج بيانات المقطع العرضي الخاصة به من بيانات الكشف عن الضوء والمدى (DEM) لإنشاء نموذج نهر ، والذي سيُنشئ خريطة هامش الفيضان.

مسح النهر باستخدام LIDAR

التضاريس الدقيقة

يعد اكتشاف الضوء وتحديد المدى تقنية دقيقة للغاية وواضحة ، تستخدم نبض الليزر لضرب الجسم. لا يمكن أن يعطي القياس التصويري المنتظم أو أي تقنية مسح أخرى قيمة ارتفاع سطح مظلة الغابة. لكن يمكن لـ LIDAR اختراق الكائن واكتشاف قيمة السطح.

هل حصلت على المعلومات الأساسية لـ LIDAR وتطبيقاته؟ نحن نقر بأن المعلومات الواردة أعلاه توضح أساسيات مفهوم آلية الكشف عن الضوء وتحديد النطاق مع الصور ذات الصلة والتطبيقات المختلفة في الوقت الفعلي. علاوة على ذلك ، أي شكوك حول هذا المفهوم أو لتنفيذ أي مشاريع إلكترونية ، يرجى إبداء اقتراحاتكم وتعليقاتكم على هذه المقالة التي يمكنك كتابتها في قسم التعليقات أدناه. هنا سؤال لك، ما هي الأنواع المختلفة لاكتشاف الضوء وتحديد المدى؟