Mi az a LiDAR?

A LiDAR (fényérzékelés és távolságmérés) távérzékelési módszer, amely lézerimpulzusokkal méri a távolságot. A talaj és a tárgyak alakját 3D pontok halmazaként rögzíti.

Hogyan működik

A NOAA szerint a név a light detection and ranging rövidítése. A kifejezés hasonló a radarhoz, de a LiDAR-szenzor rádióhullámok helyett lézerfény-impulzusokat bocsát ki. Találkozhat a „lidar”, „LIDAR”, „LADAR” vagy „lézeres magasságmérés” kifejezéssel is. A LiDAR-szkennelés ennek a mérésnek egy futása egy területen. A kimenet egy pontfelhő .

Az érzékelő lézerimpulzust bocsát ki, és méri a visszaérkezésig tartó időt. A távolság a fénysebesség és a repülési idő szorzata, osztva kettővel. A NOAA három bemenetet ad meg minden pont 3D helyzetéhez: az impulzus kibocsátása és visszaérkezése közötti időkülönbséget, az impulzus szögét és az érzékelő helyzetét.

Mozgó platformon GNSS -vevők határozzák meg a szkenner helyzetét. Egy inerciális navigációs rendszer méri a tájolását. A légi szkennerek másodpercenként tízezer és millió közötti impulzust bocsátanak ki.

Egyetlen impulzus több felületről is visszaverődhet, így több visszaverődést adhat. Az első visszaverődés abból a felületből jön, amelyet az impulzus először ér el, például egy fáról. Az utolsó visszaverődés jellemzően a talajfelszínen vagy annak közelében van. A visszaverődés sorszáma segít eldönteni, mit talált el az impulzus.

Minden visszaverődéshez tartozhat osztályozás, például csupasz talaj. Az érzékelő a visszaverődés intenzitását is rögzíti. A NOAA szerint az intenzitási adatok hasonlítanak egy fekete-fehér fényképre, de nem olvashatók pontosan ugyanúgy.

A LiDAR aktív rendszer. Saját fényt bocsát ki, ezért éjszaka is működik. Nem hatol át a felhőkön, az esőn vagy a sűrű páraködön, ezért jó időben kell vele repülni.

A LiDAR-rendszerek típusai

Az FAA ezeket a LiDAR-rendszertípusokat nevezi meg a repülőtéri adatokhoz. Azt mondja, hogy ezek az egyetlen olyan LIDAR-rendszerek, amelyeket a repülőtéri adatok gyűjtésére osztályoztak.

Az AC nem említ drónokat. Az OpenTopography a repülőgépek és helikopterek mellett a drónokat is azok közé az eszközök közé sorolja, amelyek légi rendszert vihetnek. A TLM látóvonali műszer. Amit a szem nem lát, azt a szkenner általában szintén nem látja.

Pontosság és minőségi szintek

A szenzor pontossága a szenzortól, a platformtól és a felmérés tervezésétől függ. Az OpenTopography általános tartományt ad meg: 1–15 cm. Repülőtér légi felmérésénél az FAA deciméteres tartományú pontosságot vár el. A legtöbb LiDAR-műszer korlátozottan képes 20 cm alatti részletek rögzítésére.

A pontköz részben magyarázza ezt a korlátot. Az FAA jellemző légi pontközt ad: nagyjából 12–16 hüvelyk a pálya mentén, és nagyjából 12–20 hüvelyk a pályára merőlegesen. Egyetlen áthaladás csak akkor rögzít egy tárgyat, ha a legnagyobb mérete több mint 28–36 hüvelyk.

Az USGS a légi lidart minőségi szintekbe sorolja.

Az RMSE a négyzetes középhiba (root mean square error). A NOAA úgy írja le, mint a pontosság mértékét, amely torzítás nélküli adatoknál hasonló a szóráshoz.

Repülőtéri légi felmérésnél az FAA saját korlátokat ír elő. Az AC 150/5300-17C 5-1 táblázata legfeljebb 7 hüvelyk (18 cm) pontközt ír elő a pálya mentén és arra merőlegesen. Ehhez tartozó pontsűrűség 30 pont négyzetméterenként. Egy lábjegyzet szerint ennek az előírásnak eléréséhez helikoptert kell használni.

LiDAR vagy fotogrammetria

A fotogrammetria átfedő fényképekből készít 3D adatokat. Az FAA a légi képalkotást passzív rendszernek nevezi, mert a tárgy által visszavert sugárzásra támaszkodik, rendszerint a napfényre. A LiDAR aktív rendszer.

• Talaj a lombozat alatt. A NOAA szerint a LiDAR a lombkorona résein át lát. Példájában a növényzet olyan sűrű volt, hogy a fotogrammetria nem látta a talajt. Ahol a lombkorona teljes, a LiDAR-nak is kevés talajpontja van.
• Bizalom a talajpontokban. A NOAA megjegyzi, hogy a fotogrammetriai magassági adatok nagyobb bizalmat adnak annak, hogy a pontok a talajt mérik. A LiDAR talajpontjait automatikus szűrők adják, és egyesek nem talajobjektumokra eshetnek.
• Fény. A LiDAR saját fényt bocsát ki, és éjszaka is működik. A légi képalkotás visszavert napfényre támaszkodik.

Repülőtéri akadályfelmérésnél az FAA nem tekinti a két módszert versenytársnak. Független forrásként légi képet ír elő a LiDAR-adatok mellé.

LiDAR a repülőtéri és akadályfelmérésekben

Az ICAO Annex 14 I. kötete határozza meg az akadályt. Ez egy rögzített vagy mozgó tárgy, amely a mozgásterületen áll, vagy olyan felület fölé nyúlik, amely a repülés közben lévő repülőgépeket védi. Kívül is állhat ezeken a felületeken, és veszélyt jelenthet a légi navigációra. A melléklet 4. fejezete határozza meg az akadályhatárolt felületeket . A felmérés az általa észlelt tárgyakat ilyen felületekhez méri. Az FAA a saját vizsgálati felületeit akadályazonosító felületeknek (OIS) nevezi.

Az AC 150/5300-17C megengedi, hogy a légi LiDAR akadályelemzéshez szükséges adatokat gyűjtsön, további követelményekkel és dokumentációval. Az FAA ajánlja az AC-t a távérzékelési adatokhoz. Az AC kötelező az AIP vagy PFC forrásból finanszírozott projektekre. Az adatokra vonatkozó szabályok a következők:

• Nincs előszűrés. A szűrés eltávolíthatja a tárgy visszaverődését. A nyers pontfelhőt kell szolgáltatni, semmilyen pont eltávolítása nélkül. A szűrt pontokat tartsa meg a LAS-fájlban, és jelölje visszatartottként.
• Nem az egyetlen forrás. A nyers pontfelhőt csak a légi képalkotás kiegészítésére használja. Először észlelje a tárgyakat, utána mérje őket a felülethez, majd ellenőrizze a tárgy típusát a képen.
• Alacsony észlelési küszöb. A munkafolyamat nagyon alacsony észlelési küszöböt tesz lehetővé, hogy ne hagyjon ki tárgyat. A hamis tárgyak a felület alá esnek, vagy kiesnek a képen.

A LiDAR gondot okoz a kicsi vagy vékony tárgyaknál, amelyeket a szél mozgat, például antennáknál és ágaknál. Ezért az FAA a pontfelhőt egy adatforrásként kezeli, nem pedig a végső válaszként.

A LiDAR korlátai

• Időjárás. Az eső, a felhő és a sűrű pára megállítja az impulzusokat.
• Sűrű növényzet. Kevés impulzus éri el a talajt, ezért kevés talajpont lesz.
• Apró részletek. Az FAA szerint a körülbelül 12–16 hüvelyknél kisebb elemek és a függőleges felületek nehezen rögzíthetők. Ugyanez igaz azokra a tárgyakra, amelyeket az érzékelő nem felülről lát.
• Helymeghatározás. A légi és mobil rendszerek jó GNSS-jeltől függnek. Tervezze úgy a repülést, hogy jó legyen a műholdlátás, vagy adjon hozzá alappontfelméréseket.
• Értelmezés. A LiDAR-adatokhoz utófeldolgozás kell. Az FAA szerint ellenőrizze az eredményeket fényképekkel vagy helyszíni mintavételes ellenőrzéssel.

Mit kérjen egy LiDAR-felmérésnél

Az előírás megnevezi a rendszertípust, a pontközt vagy pontsűrűséget, a pontosságot és azokat az alappontokat, amelyek az adatokat egy vonatkoztatási rendszerhez kötik. LAS formátumban kéri a nyers pontfelhőt és a légi képeket. A földi alappontok szerepéről a földi alappont szócikkben olvashat.