3D Lidar

Lidar är en metod som används för att bestämma variabla avstånd genom att rikta en laser mot ett objekt och mäta hur lång tid det tar för det reflekterade ljuset att återvända till mottagaren. På grund av de olika laseråterkomsttiderna och de varierande laservåglängderna kan du använda den för att göra digitala 3D-representationer av havsbottnar och områden på jordytan.

Den här artikeln handlar om utvecklingen av 3D- lidarsystem, tillämpningar och moderna 3D-laserskanningssystem. Utvecklingen av 3D- lidar började på 1980-talet och har fortsatt fram till dess att mångsidiga moderna skannrar har utvecklats.

Dessutom diskuteras de två huvudtyperna av 3D- lidarsystem – luftburna och markbaserade lidarsystem – och deras användningssituationer.

Vad är 3D lidar? Lidar är en unik kombination av laserskanning och 3D-skanning och kallas ibland 3D-laserskanning. Tekniken används främst för att göra högupplösta kartor, bland annat inom geomatik, geografi, lantmäteri, geologi, atmosfärisk fysik, seismologi, laseraltimetri, skogsbruk, arkeologi och luftburen lasersvepskartläggning (ALSM).

Utveckling av Lidar-system

Utvecklingen av icke-skannande lidarsystem började i början av 1980-talet, och lantmätare använde topografisk kartläggning. Krabill et al. (1984) kartlade t.ex. topografin i ett vattendrag nära Memphis i Tennessee med hjälp av ett lidarsystem för luftburna mätningar. I mitten av 1980-talet använde forskarna 3D-lidarsystem för att fastställa vegetationens takhöjd och förändringar i takets täthet.

Dessa system var dock inte skannande och man kan bara få en enda datarad. De data som erhölls var en tvärsnittsprofil under flygplanet. Det fanns därför fler begränsningar, särskilt när stora områden skulle täckas.

Flygburen skannande lidar blev tillgänglig i mitten av 1990-talet. Tekniken användes först för topografisk kartläggning av terräng och skogsmätningar. Detta beror på att skanningssystemen kan svepa över ett band av landskap genom att de sändande laserstrålarna avlänkas i sidled när flygplanet rör sig framåt. Som ett resultat av detta kan den flygburna 3D-lidarskannern skanna ett stort område i en serie band. Detta beror på laserstrålens relativt lilla fotavtryckdiameter, som varierar mellan 10 och 30 cm på marken.

Generellt sett delas lidarvisningstillämpningar in i luftburna och markburna typer. Båda dessa typer kräver skannrar med olika specifikationer. De nödvändiga specifikationerna valdes ut beroende på bl.a. syftet med de uppgifter som behövdes, storleken på det område som skulle täckas, kostnaden för utrustningen och omfattningen av de mätningar som skulle göras.

Flygburna Lidartillämpningar

Här används en laserskanner för att skapa 3D-punktmolnmodeller av ett landskap medan den är fäst vid ett flygplan under flygningen. Det är för närvarande den mest exakta och noggranna metoden för att ta fram digitala höjdmodeller. Jämfört med fotogrammetri kan detta system filtrera bort reflektioner från vegetation för att skapa digitala terrängmodeller som representerar markytor, t.ex. kulturarvsplatser och floder, på ett mycket bättre sätt.

Lidarsystem med stor yta används för storskalig fjärranalys av skogar från satelliter. De har ett större fotavtryck som täcker mellan 10 och 25 meter i diameter. Dessutom fås de från högre höjd, vilket ger bredare bildområden.

De viktigaste komponenterna i den luftburna lidarvisaren är digitala ytmodeller och digitala höjdmodeller. När det behövs en tolkning av spänningsfält, erosion eller jordskred under vegetationstäckning används luftburen lidar. Detta beror på att de lätt kan se genom skogens trädkronor.

Terrestrisk tillämpning av Lidar

Dessa är markbundna laserskanningsprocesser på jordens yta och kan vara mobila eller stationära. Statisk skanning förväntas dock användas för övervakning, kriminalteknik och dokumentation av kulturarvet som en undersökningsmetod.

Mobil 3D lidar innebär att två eller flera skannrar som är monterade på ett fordon i rörelse används för att samla in data längs en sträcka.

Ljusets räckvidd

Lidar använder nära infrarött, ultraviolett och synligt ljus för att avbilda ett brett spektrum av objekt, t.ex. stenar, kemiska föreningar, moln, regn, aerosoler, regn, enskilda molekyler och även icke-metalliska objekt.

Laserstrålar är kraftfulla och kan avbilda objekt med mycket hög upplösning. Flygplan kan till exempel kartlägga terräng med en upplösning på 30 centimeter eller ännu högre.

Statisk Lidar-scanning

En modern standardutrustning för 3D-lidarskanning är ScanX3D. Den använder 3D-laserskanning för att få fram 3D-dataprodukter. Den använder också en RIEGL VZ400i-skanner som producerar punktmoln i 1000×3600-format. Dessutom fångar den högupplösta bilder för äkta färgning.

Laserskanningsdata är mycket lättillgängliga och kan georefereras och laddas ner när som helst i realtid. Uppgifterna är också kopplade till vertikala eller horisontella platsspecifika datum för enkel åtkomst.

Förutom RIEGL VZ400i använder ScanX3D en 3D-kamera för att mäta 3D-utrymmen och samtidigt fånga ultrahögupplösta 4K-bilder. Det här verktyget är praktiskt för att skapa 3D-modeller och schematiska planritningar.