LIDARまたは3Dレーザースキャンは、航空機からの潜水艦の検出のために1960年代初頭に開発され、初期のモデルは1970年代初頭にうまく使用されました。今日、環境研究は、光検出および測距（LIDAR）などのリモートセンシング技術を使用せずに想像することは困難です。電波検出および測距（レーダー）。測定の高い空間的かつ漸進的な解像度、周囲条件で大気を観測する可能性、および地面から100 kmを超える高度までの高さ範囲をカバーする可能性が、LIDAR機器の魅力を構成しています。

LIDARでは、放出された放射と大気要素とのさまざまな相互作用プロセスを使用して、状態の基本的な環境変数、つまり温度、圧力、湿度、風、および地理的調査、河川を決定できます。河床標高、地雷の調査、森林と丘の密度、海底の調査（水深測量）。

LIDARはどのように機能しますか？

光検出および測距システムの動作原理は非常に単純です。航空機またはヘリコプターに搭載されたLIDARセンサー。レーザーパルス列を生成し、表面/ターゲットに送信して時間を測定し、ソースに戻るのにかかります。戻り光子がオブジェクトに出入りする距離を測定するための実際の計算は、次の式で計算されます。

距離=（光速x飛行時間）/ 2

次に、地面のポイントまでの正確な距離が計算され、地面の建物、道路、植生とともに標高が決定されます。これらの標高をデジタル航空写真と組み合わせて、地球のデジタル標高モデルを作成します。

光検出および測距システム

レーザー機器は、表面にレーザー光の高速パルスを発射します。1秒あたり最大150,000パルスのパルスもあります。機器のセンサーは、各パルスが反射して戻るのにかかる時間を測定します。光は一定の既知の速度で移動するため、LIDAR機器はそれ自体とターゲットの間の距離を高精度で計算できます。これをすばやく繰り返すことにより、測定器は測定している表面の複雑な「マップ」を構築します。

と 空中光の検出と測距 、正確性を確保するために、他のデータを収集する必要があります。センサーが高さを移動しているので、送信時と戻り時のレーザーパルスの位置を決定するために、機器の位置と方向を含める必要があります。この追加情報は、データの整合性にとって非常に重要です。と 地上ベースの光検出と測距 機器が設置されている場所ごとに、1つのGPS位置を追加できます。

LIDARシステムタイプ

プラットフォームに基づく

地上ベースのLIDAR
空中LIDAR
宇宙搭載LIDAR

プラットフォームに基づくLiDARシステム

物理的プロセスのベード

レンジファインダーLIDAR
ダイヤルライダー
LIDARドップラー

散乱プロセスのベード

ぼくの
レイリー
ラマン
蛍光

LIDARシステムの主要コンポーネント

ほとんどの光検出および測距システムは、4つの主要コンポーネントを使用します

光検出および測距システムコンポーネント

“最大電力伝達定理の証明 ”

レーザー

レーザーそれらの波長によって分類されます。空中光検出および測距システムは1064nmダイオード励起Nd：YAGレーザーを使用しますが、水深測定システムは532nmダブルダイオード励起Nd：YAGレーザーを使用し、空中システム（1064nm）よりも減衰が少なく水中に浸透します。受信機の検出器と電子機器が増加したデータフローを管理するのに十分な帯域幅を持っている場合、より短いパルスでより良い分解能を達成できます。

スキャナーと光学

画像を現像できる速度は、システムにスキャンできる速度の影響を受けます。方位角と仰角、2軸スキャナー、2つの振動平面鏡、ポリゴンミラーなど、さまざまな解像度でさまざまなスキャン方法を利用できます。光学系のタイプによって、システムが検出できる範囲と解像度が決まります。

光検出器と受信機の電子機器

光検出器は、後方散乱信号を読み取ってシステムに記録するデバイスです。光検出器技術には、シリコンアバランシェフォトダイオードや光電子増倍管などの固体検出器の2つの主要なタイプがあります。

ナビゲーションおよび測位システム/ GPS

光検出および測距センサーが飛行機の衛星または自動車に取り付けられている場合、使用可能なデータを維持するために、センサーの絶対位置と方向を決定する必要があります。全地球測位システム（GPS）センサーの位置に関する正確な地理情報を提供し、慣性測定ユニット（IMU）がその位置でのセンサーの正確な方向を記録します。これらの2つのデバイスは、さまざまなシステムで使用するためにセンサーデータを静的ポイントに変換する方法を提供します。

ナビゲーションおよび測位システム/ GPS

LIDARデータ処理

光検出および測距メカニズムは、高度データを収集するだけで、慣性測定ユニットのデータとともに航空機とGPSユニットに配置されます。これらのシステムの助けを借りて、光検出および測距センサーはデータポイントを収集し、データの場所はGPSセンサーとともに記録されます。センサーに散乱して戻る各パルスの戻り時間を処理し、センサーからの可変距離、または土地被覆表面の変化を計算するには、データが必要です。調査後、データは特別に設計されたコンピューターソフトウェア（LIDARポイントクラウドデータ処理ソフトウェア）を使用してダウンロードおよび処理されます。最終的な出力は、すべてのデータポイントについて、地理的に登録された正確な経度（X）、緯度（Y）、および標高（Z）です。 LIDARマッピングデータは、表面の標高測定値で構成され、空中地形測量によって取得されます。 LIDARデータのキャプチャと保存に使用されるファイル形式は、単純なテキストファイルです。標高ポイントを使用することにより、データを使用して詳細な地形図を作成できます。これらのデータポイントを使用すると、地表面の数値標高モデルを生成することもできます。

LIDARシステムのアプリケーション

海洋学

LIDARは、海面の植物プランクトンの蛍光とバイオマスの計算に使用されます。また、海の深さを測定するためにも使用されます（水深測量）。

海洋学におけるLiDAR

DEM（数値標高モデル）

x、y、z座標があります。標高値は、道路、建物、橋など、どこでも使用できます。表面の高さ、長さ、幅を簡単にキャプチャできるようになりました。

大気物理学

LIDARは、雲の密度と、中層および上層大気の酸素、CO2、窒素、硫黄、およびその他のガス粒子の濃度を測定するために使用されます。

ミリタリー

LIDARは、土地を取り巻く国境を理解するために軍人によって常に使用されてきました。軍事目的の高解像度マップを作成します。

気象学

LIDARは、クラウドとその動作の研究に使用されてきました。 LIDARは、その波長を使用して雲の中の小さな粒子を打ち、雲の密度を理解します。

河川調査

LIDARのグリーンライト（532 nm）レーザーは、川の深さ、幅、流れの強さなどを理解するために必要な水中情報を測定するために使用されます。河川工学では、その断面データが光検出および測距データ（DEM）から抽出されて河川モデルが作成され、洪水フリンジマップが作成されます。

LIDARを使用した河川調査

マイクロトポグラフィー

光の検出と測距は非常に正確で明確な技術であり、レーザーパルスを使用して物体を攻撃します。通常の写真測量やその他の調査技術では、林冠の表面標高値を取得できません。ただし、LIDARはオブジェクトを貫通して、表面値を検出できます。

LIDARとそのアプリケーションの基本情報を入手しましたか？上記の情報により、関連する画像やさまざまなリアルタイムアプリケーションを使用して、光検出および測距メカニズムの概念の基本が明らかになることを認識しています。さらに、この概念に関する疑問や電子プロジェクトの実装については、以下のコメントセクションに書き込むことができるこの記事に関する提案やコメントを提供してください。ここにあなたへの質問があります、 光検出と測距のさまざまなタイプは何ですか？