آشنایی با تکنولوژی لیدار(بخش اول)

LIDAR : در این مقاله ابتدا تعریفی کلی در مورد لیدار و نحوه کار این سیستم شرح داده شده سپس به معایب و محاسن استفاده از این سیستم و برخی کاربردهای آن اشاره کرده ایم.

تعریف لیدار:  (Light Detection And Ranging (LIDAR

لیدار یعنی شناسایی و هدف گیری نوری. درست مثل رادار که شناسایی و هدفگیری رادیویی است. لیدار یک تکنیک سنجش از دوری جهت جمع آوری اطلاعات از سطح اشیا است که بر مبنای اندازه گیری فاصله بوسیله لیزر عمل می کند. اندازه گیری لیدار بر این اصل استوار هست که مختصات هر نقطه روی زمین با مشخص بودن مختصات محل ارسال لیزر، اندازه گیری طول فاصله مایل بین نقطه ارسال پالس و سطح زمین و اندازه گیری زاویه ارسال موج از محل ارسال پالس تا سطح زمین قابل محاسبه می باشد. در واقع تکنولوژی لیدار ابزار مکملی جهت اخذ اطلاعات سه بعدی در کنار فتوگرامتری فضایی و سنجش از دور است. لیدار یک تکنولوژی جدید و رو به رشد است که امکان ایجاد مدل رقومی سطح زمین (DTM) را با سرعت بالاتر و با دقت قابل مقایسه با روشهای سنتی نقشه برداری، فتوگرامتری فراهم می سازد. این سیستم مجهز به دستگاهی است که به جای امواج رادیویی نور لیزر را در هوا می تاباند و دریافت می کند. در کل آنها یک سری سنسورهایی هستند که فقط به منابع نوری پاسخ می دهند و با منابع انرژی فعال نمی شوند و در روز و شب اجرامی که در هوا هستند را شناسایی می کنند. بر اساس اطلاعات به دست آمده از بررسی و کنترل، این سیستم دارای دو بخش اصلی است: گسیل کننده و دریافت کننده. گسیل کننده در واقع یک لیزر از طول موج قابل دید است . نوری که از گسیل کننده ساطع می شود در فضا به صورت یک خط موازی سیر می کند. هرچه این نور از منبع تولید کننده دور می شود بخشی از آن به وسیله برخی اشیایی که در سر راهش قرار می گیرند یا توسط خود جو به دریافت کننده ها بازمی گردد. این تکنیک شناسایی، بیشتر برای شناسایی اجرام و ویژگی های هواشناسی خود اتمسفر مثل ابرها، افشانه ها و لایه های جوی اتمسفر استفاده می شود. اما با تنها گسیل یک پالس نور به سطح زمین در زمان سپری شده سطح زمین مورد بررسی قرار گرفته و سپس به منبع باز می گردد.

این دستگاه روی یک هواپیما که دارای جی پی اس(GPS) و سیستم هوابری آی ان اس(I.N.S) است نصب می گردد. ابزارهایی هم موجود است که می توانند در ثانیه بیش از هزاران پالس تولید کنند . یک لیزر معمولا دارای یک دیود است که منبع نور را تولید می کند . این نور به سوی زمین فرستاده می شود و پس از برخورد با اجرامی که روی زمین اند بازگشته و توسط دریافت کننده ها دریافت می شود. فضای بین هواپیما و زمین در حال اسکن به دو عامل بستگی دارد: یکی زاویه تابش نور خورشید و دیگری ارتفاع پرواز هواپیما.

HJK

پارامترهای لازم برای این اسکن با استفاده از هواپیمای دو موتوره یا تک موتوره سبک، عبارتند از : سرعت پرواز ۲۰۰ تا ۲۵۰ کیلومتر در ساعت در ارتفاع ۳۰۰ تا ۱۰۰۰ متری و زوایای اسکن معمولا کمی بیشتر یا کمتر از ۳۰ تا ۲۰ درجه و میزان پالس ۲۰۰۰ تا ۵۰۰۰۰ در ثانیه. با این پارامترها می توان هر محدوده ای را اسکن کرد که فضای زیر اسکن ۱۰ تا ۱۵ سانتی متر است. یعنی اجسام به اندازه ی ۱۰ تا ۱۵ سانتی متری اسکن می شوند. که این میزان برداشت اطلاعات کافی را برای ایجاد مدل دیجیتالی زمین در اختیار می گذارد. از این فن آوری می توان برای جمع آوری اطلاعات هوایی از مناطقی با تراکم زیاد مثل جنگهای انبوه و مناطقی که با عکس برداری هوایی به دلیل تراکم پوشش زمینی نمی توان استفاده کرد، به کار می رود. به علاوه لیدار یک اسکن نقطه ای از زمین به دست می دهد که در آن مختصات نقاط به صورت (X,Y,Z) است که به ترتیب طول، عرض و ارتفاع بر حسب متر یا فوت می باشد. شیوه دیگر برای بررسی زمین از هوا استفاده از (TIN) است.

چگونه اندازه گیری های لیدار از سطح زمین جمع آوری می شود؟

براساس اطلاعات به دست آمده از تحقیقات مهمترین فاکتوری که از این دستگاه به دست می آید، فاصله بین سنسور و سطح زمین است که با محاسبه مدت زمان طی شده از هنگام برخورد پالس به سطح زمین تا بازگشت آن به سنسور اندازه گیری می شود. به علاوه فاصله بین سطح پرواز هواپیما و سطح زمین هم به طور مداوم اندازه گیری گردیده و نتیجه به دست آمده از آن سطح زمین و پوشش گیاهی ان را نیز مشخص می کند.

سنسورهای لیدار مستقیما پراکندگی سه بعدی آسمان سیاره و آنچه که در آن وجود دارد را و همچنین توپوگرافی سطح زمین را به دست می دهد که به این طریق نقشه هایی با رزولیشن بالا در اختیار قرار می دهد که این نقشه ها با دقت بسیار بالایی، ارتفاع و نوع پوشش گیاهی و اجرام روی آنها در آسمان را برآورد می کنند.

نیروی لیزر و قطر دهانه رسیور (دریافت کننده) تعیین کننده حداکثر ارتفاع هواپیماست که عرض باریکه ی تحت تابش را در هر پالس تعیین می کند. شدت نیروی سیگنالهای دریافتی به چند عامل بستگی دارد: کل نیروی هر پالس گسیلی، تابع پالس گسیلی لیزر که به زمین می خورد ، بازتابندگی سطح زمین در طول موج لیزر و نور بازتاب شده که در راستای دریافت کننده باشد.

معایب و محاسن استفاده از سیستم لیدار:

محاسن :

  • میزان صحت و دقت بالا
  • لیدار به راحتی می تواند از پوشش گیاهی عبور کرده و سطح زمین را نقشه برداری کند که این کار موفقیت بزرگی برشیوه سنتی نقشه برداری هوایی و فتوگرامتری است.
  • دقت عمودی بالای ۱۵ سانتی متری و تراکم بالای نقاط مورد اسکن در هر متر مربع
  • رزولیشن بالای دستگاه لیدار باعث ایجاد مدلهای دقیق تر و بهتر می گردد.
  • سنسورهای لیدار معایب شیوه های سنتی را ندارد و پرتوهای آن در شرایطی مثل نقشه برداری از سیل هم اطلاعات توپوگرافی را مهیا می سازد.
  • تراکم نقاط هوایی در لیدار بسیار بیشتر از شیوه سنتی است.
  • اطلاعات به دست آمده از لیدار را می توان برای پیش بینی تغییراتی که در اثر بالا آمدن آب دریا پیش می آید بکار برد .
  • داده های لیدار را می توان مستقیما در سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS) به کار برد.
  • …….

معایب :

  • عواملی که دقت لیدر را تحت تاثیر قرار می دهند : بادهای در ارتفاع بالا، برف خیس، باران، مه و….
  • شرجی بودن هوا و وجود ابر در ارتفاع پایین.
  • پر هزینه بودن استفاده از لیدار.
  • هنگامی که در معرض امواج رادیویی و مخابراتی قرار می گیرد دقت آن کاهش می یابد.
  • فرمت داداه های لیدار برای تمام کاربران شناخته شده نیست.

کاربرد فناوری لیدار :

این فناوری در دانشهای گوناگون مربوط به مطالعات زمین شامل ژیوماتیک، جغرافیا، زمین شناسی، لرزه شناسی، باستان شناسی، زیست شناسی، کشاورزی و جنگلداری(اندازه گیری سطح تاج پوشش و ارتفاع)، هیدروگرافی، توسعه شهری و امورات نظامی و…. کاربرد دارد.

 

شما ممکن است این را هم بپسندید