3D Lidar

Lidar is een methode om variabele afstanden te bepalen, waarbij met een laser op een object wordt gericht en de tijd wordt gemeten die het gereflecteerde licht nodig heeft om naar de ontvanger terug te keren. Door de verschillende laserretourtijden en de verschillende lasergolflengten kunt u hiermee digitale 3D-weergaven maken van oceaanbodems en delen van het aardoppervlak.

In dit artikel wordt ingegaan op de ontwikkeling van 3D-lidarsystemen, toepassingen en moderne 3D-laserscansystemen. De ontwikkeling van 3D lidar begon in de jaren 1980 en is voortgezet tot de opkomst van veelzijdige moderne scanners.

Daarnaast bespreekt het artikel de twee belangrijkste soorten 3D-ledarsystemen – vanuit de lucht en op de grond – en hun gebruikssituaties.

Dus, wat is 3D lidar? Lidar is een unieke combinatie van laser scanning en 3-D scanning en wordt soms 3-D laser scanning genoemd. De technologie wordt voornamelijk gebruikt om hogeresolutiekaarten te maken, met onder meer geomatica, geografie, landmeetkunde, geologie, atmosferische fysica, seismologie, laseraltimetrie, bosbouw, archeologie en airborne laser swath mapping (ALSM).

Ontwikkeling van Lidar-systemen

De ontwikkeling van niet-scannende luchtledarsystemen begon in het begin van de jaren tachtig, en landmeters gebruikten topografische kartering. Krabill et al. (1984) brachten bijvoorbeeld de topografie van een stroomgebied nabij Memphis in Tennessee in kaart met behulp van een lidar-systeem vanuit de lucht. Midden jaren tachtig gebruikten onderzoekers 3D-ledarsystemen om de hoogte van de vegetatiedaken en veranderingen in de dichtheid ervan te bepalen.

Deze systemen waren echter niet scanbaar, en u kunt slechts één regel gegevens verkrijgen. De verkregen gegevens waren een dwarsdoorsnede profiel onder het vliegtuig. Er waren dus meer beperkingen, vooral wanneer grote gebieden moesten worden bestreken.

In het midden van de jaren negentig kwam scanning lidar vanuit de lucht beschikbaar. De technologie werd eerst gebruikt voor het topografisch in kaart brengen van terreinen en het uitvoeren van bosmetingen. Dit komt doordat de scansystemen een strook landschappen kunnen bestrijken door zijdelingse afbuiging van de uitgezonden laserstralen wanneer het vliegtuig vooruit beweegt. Daardoor kan de 3D lidar scanner vanuit de lucht een groot gebied scannen in een reeks banden. Dit is het gevolg van de relatief kleine diameter van de laserstraal, die op de grond tussen 10 en 30 cm ligt.

In het algemeen worden de toepassingen van lidar-kijkers verdeeld in lucht- en terrestrische types. Voor beide typen zijn scanners met uiteenlopende specificaties nodig. De vereiste specificaties werden gekozen afhankelijk van het doel van de benodigde gegevens, de omvang van het te bestrijken gebied, de kosten van de apparatuur, het bereik van de te verrichten metingen, enz.

Lidar-toepassingen in de lucht

Hierbij wordt een laserscanner gebruikt om 3-D puntwolkmodellen van een landschap te maken terwijl deze tijdens de vlucht aan een vliegtuig is bevestigd. Het is momenteel de meest precieze en nauwkeurige methode om digitale hoogtemodellen te ontwikkelen. Vergeleken met fotogrammetrie kan dit systeem reflecties van vegetatie wegfilteren om digitale terreinmodellen te creëren die grondoppervlakken zoals cultureel erfgoed en rivieren veel beter weergeven.

Grootschalige scanning lidar-systemen worden gebruikt bij grootschalige teledetectie van bossen vanuit satellieten. Ze hebben een grotere voetafdruk van 10 tot 25 meter in diameter. Bovendien worden ze verkregen vanaf een grotere hoogte, waardoor bredere beeldvlakken ontstaan.

De belangrijkste onderdelen van airborne lidar viewer zijn digitale oppervlaktemodellen en digitale hoogtemodellen. Wanneer een interpretatie van spanningsscheuren, erosie of aardverschuivingen onder begroeiing nodig is, wordt gebruik gemaakt van lidar vanuit de lucht. Dat komt omdat ze gemakkelijk door de kruinen van het bos kunnen kijken.

Terrestrische toepassing van Lidar

Dit zijn terrestrische laserscanprocessen op het aardoppervlak en kunnen mobiel of stationair zijn. Er wordt echter verwacht dat statische scanning het cultureel erfgoed zal monitoren, forensisch zal onderzoeken en documenteren.

Bij mobiele 3D-lidar worden twee of meer aan een rijdend voertuig bevestigde scanners gebruikt om langs een pad gegevens te verzamelen.

Bereik van het licht

Lidar gebruikt nabij-infrarood, ultraviolet en zichtbaar licht om een breed scala aan objecten in beeld te brengen, zoals rotsen, chemische verbindingen, wolken, regen, aërosolen, regen, afzonderlijke moleculen en zelfs niet-metalen objecten.

Laserstralen zijn krachtig en kunnen objecten met een zeer hoge resolutie in beeld brengen. Vliegtuigen kunnen bijvoorbeeld terreinen in kaart brengen met een resolutie van 30 centimeter of zelfs hoger.

Statische Lidar Scanning

Een standaard modern 3D-lidar scanapparaat is de ScanX3D. Het maakt gebruik van 3D-laserscanning om 3D-gegevens te verkrijgen. Het maakt ook gebruik van een RIEGL VZ400i scanner die volledige 1000×3600 overzichtspuntwolken produceert. Bovendien legt het high-definition beelden vast voor echte kleuring.

De laserscangegevens zijn vrij toegankelijk en kunnen op elk moment in real time worden gegeorefereerd en gedownload. Ook zijn de gegevens gekoppeld aan verticale of horizontale locatiespecifieke datums voor gemakkelijke toegang.

Naast de RIEGL VZ400i gebruikt ScanX3D een 3D-camera om 3D-ruimten te meten en tegelijkertijd ultra-high-definition 4K-beelden vast te leggen. Dit hulpmiddel is handig bij het maken van 3D-modellen en schematische plattegronden.