Una guía completa para LiDAR: detección de luz y rango -

¿Qué es la detección de la luz y el rango (LiDAR)?

¿Cómo te gustaría agitar tu varita mágica y, de repente, descubrir qué tan lejos está todo lejos de ti?

No eran necesarias varitas mágicas. Así es como funciona LiDAR (detección de luz y rango). ¡Por supuesto, sin la varita mágica!

Vamos a desmitificar la detección de luz y el rango. Con suerte, después de leer esto, pasarás de cero a un héroe LiDar.

Leer más: Top 6 fuentes de datos LIDAR gratuitas

Lidar 101

Lidar es fundamentalmente una tecnología a distancia. Desde un avión o helicóptero, los sistemas LiDAR envían luz al suelo.

Este pulso golpea el suelo y regresa al sensor. Luego, mide cuánto tarda la luz en volver al sensor.

Al registrar el tiempo de regreso, así es como LiDAR mide la distancia. De hecho, así es como LiDAR obtuvo su nombre Detección de luz y alcance.

Cómo funciona Lidar

LiDAR es una herramienta de muestreo. Lo que quiero decir con eso es que envía más de 160.000 pulsos por segundo. Por cada segundo, cada píxel de 1 metro recibe alrededor de 15 pulsos. Esta es la razón por la que las nubes de puntos LiDAR crean millones de puntos.

Los sistemas LiDAR son muy precisos porque se controlan en una plataforma. Por ejemplo, la precisión es de solo unos 15 cm en vertical y 40 cm en horizontal.

Mientras un avión viaja por el aire, las unidades LiDAR escanean el suelo de lado a lado. Mientras que algunos pulsos estarán directamente debajo del nadir, la mayoría de los pulsos viajan en ángulo (fuera del nadir). Entonces, cuando un sistema LiDAR calcula la elevación, también tiene en cuenta el ángulo.

Por lo general, LiDar lineal tiene un ancho de franja de 3,300 pies. Pero las nuevas tecnologías como Geiger LiDAR pueden escanear anchos de 16,000 pies. Este tipo de lidar puede cubrir huellas mucho más anchas en comparación con el LiDAR tradicional.

¿Qué puede generar Lidar?

1. Número de devoluciones

Imagina que estás caminando en un bosque. Entonces, miras hacia el cielo. Si puede ver la luz, esto significa que los pulsos LiDAR también pueden pasar. Además, esto significa que LiDAR puede golpear la Tierra desnuda o la vegetación corta.

Una cantidad significativa de luz penetra en el dosel del bosque al igual que la luz del sol. Pero Lidar no necesariamente solo golpeó el terreno desnudo. En un área boscosa, puede reflejar diferentes partes del bosque hasta que el pulso finalmente llega al suelo.

Al usar LiDAR para obtener puntos de tierra desnudos, no estás en rayos X a través de la vegetación. En cambio, realmente estás mirando a través de los huecos de las hojas. Cuando llega a las ramas, obtienes múltiples golpes o devoluciones.

2. Número de retorno

En un bosque, el pulso láser va hacia abajo. Cuando la luz golpea diferentes partes del bosque, obtienes el número de retorno. Por ejemplo, obtendrá el primer, segundo y tercero devoluciones hasta que finalmente llega al suelo desnudo. Si no hay bosque en el camino, solo golpeará la superficie del suelo.

A veces, un pulso de luz no refleja una cosa. Al igual que con el caso de los árboles, un pulso de luz podría tener múltiples rendimientos. Los sistemas LIDAR pueden registrar información que comienza desde la parte superior del dosel a través del dosel hasta el suelo. Esto hace que Lidar sea valioso para interpretar la estructura del bosque y la forma de los árboles.

3. Modelos de elevación digital

Los modelos de elevación digital (DEM) son modelos de tierra desnuda (topográfica) de la superficie de la Tierra. Al usar solo devoluciones de tierra, puede construir un DEM. Pero esto es diferente de los modelos de terreno digital (DTM) porque los DTM incorporan contornos.

Al usar un DEM, puede generar productos adicionales. Por ejemplo, puede crear:

Pendiente (ascenso o caída expresada en grados o porcentaje)
Aspecto (dirección de pendiente)
Hillshade (alivio sombreado considerando el ángulo de iluminación)

Leer más: Fuentes gratuitas de datos de Dem Global Dem.

4. Modelos de superficie digital

Como has aprendido, LiDar mira por el bosque. Finalmente, la luz llega al suelo. Luego, obtenemos un regreso de la tierra desnuda. Pero, ¿qué pasa con el primer regreso que golpea el árbol?

Un modelo de superficie digital (DSM) incorpora elevaciones de superficies naturales y construidas. Por ejemplo, agrega elevación de edificios, dosel de árboles, líneas eléctricas y otras características.

5. Modelo de altura de dosel

Los modelos de altura de dosel (CHM) le brindan la verdadera altura de las características topográficas en el suelo. También llamamos a este tipo de modelo de elevación un modelo de superficie digital normalizado (NDSM).

Primero, tome el DSM que incluye características naturales y construidas como árboles y edificios. Luego, reste estas elevaciones de la tierra desnuda (dem). Cuando restas los dos, obtienes una superficie de características que representa una altura real desde el suelo.

6. Intensidad de luz

La fuerza de los retornos de LiDAR varía con la composición del objeto superficial que refleja el retorno. Los porcentajes reflexivos se denominan intensidad LiDAR.

Pero varios factores afectan la intensidad de la luz. Por ejemplo, el rango, el ángulo incidente, el haz, el receptor y la composición de la superficie (especialmente) influyen en la intensidad de la luz. Un ejemplo es cuando el pulso se inclina más lejos, la energía de retorno disminuye.

La intensidad de la luz es particularmente útil para distinguir las características en el uso/cobertura de la tierra. Por ejemplo, las superficies impermeables se destacan en imágenes de intensidad de luz. Esta es la razón por la cual la intensidad de la luz es buena para la clasificación de imágenes como el análisis de imágenes basado en objetos.

7. Clasificación de puntos

Hay un conjunto de códigos de clasificación que la Sociedad Americana de Fotogrametría y Sensing Remote (ASPRS) asigna para la Clasificación de Puntos LiDAR.

Por ejemplo, las clases pueden incluir tierra, vegetación (baja, media y alta), construcción y agua, etc. A veces, la clasificación de puntos puede caer en más de una categoría. Si este es el caso, los proveedores generalmente marcan estos puntos con clases secundarias.

Los proveedores pueden o no clasificar LiDAR. Los códigos se generan mediante el pulso láser reflejado de manera semiautomática. No todos los proveedores agregan este campo de clasificación LAS. En realidad, generalmente se acuerda en el contrato de antemano.

¿Dónde están las fuentes LIDAR abiertas y gratuitas?

Los datos de LiDAR son un recurso raro y precioso. Pero gracias a los programas de datos abiertos, se están volviendo más ampliamente disponibles.

Entonces, ¿dónde están los datos de LiDAR? Aquí hay una lista de las 6 principales fuentes de datos LIDAR gratuitas para que pueda obtener un salto en su búsqueda.

Si no puede encontrar lo que está buscando, lo más probable es que tenga que comprar datos LiDAR. Los proveedores generalmente vuelan LiDAR comercialmente por helicóptero, avión y dron.

¿Cuáles son los tipos de lidar?

Explore los tipos de sistemas LiDAR. Difieren en:

Tamaño de la huella
Longitud de onda
Alineación posicional

Perfil lidar

El perfil Lidar fue el primer sistema que se usó en la década de 1980. Se especializó en características de línea recta, como líneas eléctricas. El perfil Lidar envía un pulso individual en una línea. En un Nadir fijo, mide la altura a lo largo de un solo transecto.

Pequeña huella lidar

Pequeña huella lidar es lo que principalmente usamos hoy. Escanea a un ángulo de escaneo de aproximadamente 20 grados. Luego, se mueve hacia atrás y hacia adelante. Si va más allá de los 20 grados, el instrumento LiDAR puede comenzar a ver los lados de los árboles en lugar de hacia abajo.

LiDAR topográfico mapea la tierra típicamente usando luz infrarroja cercana.
LiDAR batimétrico utiliza luz verde penetrante de agua para medir las elevaciones del fondo marino y el lecho del río.

LiDar de huella grande

LiDAR de huella grande utiliza formas de onda completas con una huella de 20 m. Pero su precisión es baja porque el retorno del pulso puede incluir terreno inclinado. Dos experimentos notables de la NASA utilizaron este tipo de lidar:

Slicer (Scanning LiDAR de toldos por recuperación de eco)
Lvis (sensor de imágenes de vegetación láser)

LiDAR en tierra

LiDAR en tierra se encuentra en un trípode y escanea el hemisferio. Es particularmente bueno para escanear edificios. Pero también hay aplicaciones en geología, silvicultura y construcción.

Lidar en modo geiger

LiDAR en modo Geiger todavía está en estado experimental. Pero se especializa en escaneo de gran altitud. Debido a que tiene una franja extremadamente amplia, puede cubrir más terreno en comparación con otros tipos de LiDAR.

Componentes del sistema LiDAR

Hay 4 partes principales de un LiDAR en el aire. Trabajan juntos para producir resultados altamente precisos y utilizables:

Sensores LIDAR: a medida que el avión viaja, los sensores escanean el suelo de lado a lado. Los pulsos son comúnmente en bandas verdes o de infrarrojo cercano.

Receptores GPS: los receptores GPS rastrean la altitud y la ubicación del avión. Estas pistas son importantes para los valores precisos de terreno y elevación.

Unidades de medición inerciales (IMU): a medida que viajan los aviones, IMU rastrea su inclinación. Los sistemas LiDAR usan inclinación para medir con precisión el ángulo incidente del pulso.

Recordadores de datos: a medida que LiDAR escanea la superficie, una computadora registra todas las devoluciones de pulso. Luego, estas grabaciones se traducen en elevación.

Forma de onda completa versus discreta

LiDAR Systems Store LiDAR regresa de dos maneras:

Forma de onda completa
LiDAR discreto

LiDAR discreto

Imagine pulsos de lidar escaneando a través de un área boscosa. Obtiene 1 °, 2º, tercero retornos porque el pulso llega a múltiples ramas. Luego, obtienes un pulso grande y final por el regreso del suelo desnudo.

Cuando registra los datos como devoluciones separadas, este es LiDAR de retorno discreto. En resumen, LiDAR discreto toma cada pico y separa cada retorno.

LiDAR de forma de onda completa

Cuando registra todo el retorno como una ola continua, esto es LiDAR de onda completa. Entonces, simplemente cuenta los picos, esto lo hace discreto.

A pesar de que los datos de forma completa son más complicados, LiDAR se está moviendo hacia un sistema de forma de onda completa.

Proyectos y aplicaciones de LiDAR

Esta lista de usos y aplicaciones de LiDAR apenas rasca la superficie. Por ejemplo, aquí hay algunas formas en que usamos LiDAR hoy:

Forestal: los forestales usan LIDAR para comprender mejor la estructura y la forma del árbol.
Automóviles sin conductor: los autos autónomos usan el escáner LiDAR para detectar peatones, ciclistas, señales de parada y otros obstáculos.
Arqueología: los arqueólogos usan Lidar para encontrar patrones cuadrados en el suelo, que eran edificios antiguos y pirámides construidas por civilizaciones mayas y egipcias.
Hidrología: los hidrólogos delinean órdenes de corriente y afluentes de LiDAR.

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Resumen: ¿Qué es Lidar?

La detección de luz y el rango (LIDAR) usan láseres para medir la elevación de las características.

Es una tecnología de distancia que muestrea con una increíble cantidad de precisión y puntos.

Es similar al sonar (ondas de sonido) o radar (ondas de radio) porque envía un pulso y mide el tiempo que lleva regresar. Pero Lidar es diferente al sonar y el radar porque usa la luz.

Hemos resumido la detección de luz y el rango con esta guía LiDAR. Ahora puede considerarse un gurú de LiDAR.

¿Alguna pregunta? Háganos saber con un comentario a continuación.