1. داده های LiDAR چیست.
2. ویژگی های کلیدی داده های LiDAR.
3. نحوه استفاده از داده های LiDAR برای اندازه گیری درختان.

مفاهیم کلیدی

چرا LiDAR

دانشمندان معمولاً برای پاسخ به سوالات  تحقیق در اکوسیستم یا مقیاس منطقه ای ، نیاز به توصیف پوشش گیاهی در مناطق بزرگ دارند. بنابراین ، ما به ابزاری نیاز داریم که بتواند خصوصیات اصلی را در مناطق وسیع تخمین بزند ، زیرا منابع لازم برای اندازه گیری هر درخت یا بوته را نداریم.

سنجش از دور به این معنی است که ما در واقع از نظر جسمی چیزها را با دست نمی سنجیم. ما از حسگرهایی استفاده می کنیم که اطلاعات مربوط به یک منظره را ضبط می کنند و مواردی را ثبت می کنند که می توانیم برای تخمین شرایط و ویژگی ها استفاده کنیم. برای اندازه گیری پوشش گیاهی یا سایر داده ها در مناطق وسیع ، ما به روش های سنجش از دور نیاز داریم که می تواند با استفاده از سنسورهای خودکار اندازه گیری های بسیاری را به سرعت انجام دهد.

LiDAR یا محدوده تشخیص نور (که گاهی اوقات به عنوان اسکن لیزر فعال نیز نامیده می شود) یکی از روش های سنجش از دور است که می تواند برای نقشه برداری از ساختار شامل ارتفاع پوشش گیاهی ، تراکم و سایر مشخصات در یک منطقه مورد استفاده قرار گیرد. LiDAR به طور مستقیم ارتفاع و تراکم پوشش گیاهی روی زمین را اندازه گیری می کند و آن را به ابزاری ایده آل برای دانشمندانی تبدیل می کند که گیاهان را در مناطق وسیع مطالعه می کنند.

LiDAR چگونه کار می کند

LiDAR چگونه کار می کند؟

LiDAR یک سیستم سنجش از دور فعال است. سیستم فعال به این معنی است که سیستم خود برای اندازه گیری چیزهای روی زمین – در این حالت نور – تولید انرژی می کند. در یک سیستم LiDAR ، نور از یک لیزر که به سرعت شلیک می شود ساطع می شود. می توانید تصور کنید که نور به سرعت از یک منبع نور لیزر خارج می شود. این نور به سمت زمین حرکت می کند و مواردی مانند ساختمانها و شاخه های درخت را منعکس می کند. انرژی نور منعکس شده سپس به حسگر LiDAR بر می گردد و در آنجا ثبت می شود.

سیستم LiDAR مدت زمانی را که طول می کشد تا نور ساطع شده به زمین و عقب برود ، اندازه گیری می کند. از آن زمان برای محاسبه مسافت طی شده استفاده می شود. مسافت طی شده سپس به ارتفاع تبدیل می شود. این اندازه گیری ها با استفاده از اجزای اصلی سیستم لیدار از جمله GPS که محل X ، Y ، Z انرژی نور و واحد اندازه گیری داخلی (IMU) را مشخص می کند جهت گیری هواپیما در آسمان را انجام می دهد.

چگونه از انرژی نور برای اندازه گیری درختان استفاده می شود

انرژی نور مجموعه ای از فوتون ها است. فوتون هایی که نور را به سمت زمین حرکت می کنند ، به اشیایی مانند شاخه های درخت برخورد می کنند. مقداری از نور از آن اجسام منعکس می شود و به حسگر برمی گردد. اگر جسم کوچک باشد و شکاف هایی در اطراف آن وجود داشته باشد که اجازه عبور نور را می دهد ، مقداری نور به سمت پایین زمین ادامه می یابد. از آنجا که برخی از فوتون ها مانند شاخه ها منعکس می شوند اما برخی دیگر به سمت پایین زمین ادامه می یابند ، بازتاب های متعدد ممکن است از یک پالس نور ثبت شوند.

شکل موج LiDAR

توزیع انرژی که به حسگر برمی گردد ، آنچه را شکل موج می نامیم ایجاد می کند. مقدار انرژی برگشتی به سنسور LiDAR به “شدت” معروف است. مناطقی که فوتون یا انرژی نور بیشتری به سنسور باز می گردد ، قله هایی در توزیع انرژی ایجاد می کند. پایان نامه ها در شکل موج اغلب نمایانگر اجسام روی زمین هستند مانند – یک شاخه ، یک گروه از برگها یا یک ساختمان.

نحوه استفاده دانشمندان از داده های LiDAR

کاربردهای مختلفی برای داده های LiDAR وجود دارد.

• داده های LiDAR به طور کلاسیک برای استخراج داده های ارتفاع با وضوح بالا استفاده شده است

• داده های LiDAR همچنین برای بدست آوردن اطلاعات در مورد ساختار پوشش گیاهی از جمله استفاده شده است
  • ارتفاع سایبان
  • جلد سایبان
  • شاخص سطح برگ
  • ساختار جنگل عمودی
  • شناسایی گونه ها (در صورت وجود جنگل های کم تراکم با تراکم بالای نقطه LiDAR)

گسسته در برابر Full Waveform LiDAR

شکل موج یا توزیع انرژی نور همان چیزی است که به سنسور LiDAR برمی گردد. با این حال ، این بازگشت ممکن است به دو روش مختلف ثبت شود.

1. یک سیستم بازگشت گسسته LiDAR نقاط منفرد (گسسته) را برای قله های منحنی شکل موج ثبت می کند. بازگشت گسسته سیستم های LiDAR قله ها را شناسایی کرده و در هر مکان اوج در منحنی شکل موج یک نقطه ثبت می کنند. به این نقاط گسسته یا منفرد بازده گفته می شود. یک سیستم گسسته ممکن است 1-4 (و گاهی بیشتر) بازده از هر پالس لیزر را ثبت کند.
2. یک سیستم LiDAR با شکل موج کامل توزیع انرژی نور بازگشتی را ثبت می کند. در نتیجه پردازش داده های شکل موج کامل LiDAR پیچیده تر است ، با این حال آنها اغلب می توانند اطلاعات بیشتری را در مقایسه با سیستم های LiDAR بازگشت گسسته ضبط کنند.

فرمت های فایل LiDAR

چه به صورت نقاط گسسته و چه به شکل موج کامل جمع شود ، غالباً داده های LiDAR به عنوان نقاط گسسته در دسترس هستند. مجموعه ای از نقاط بازگشت گسسته LiDAR به عنوان ابر نقطه LiDAR شناخته می شود.

قالب پرونده ای که برای ذخیره داده های ابری نقطه LIDAR معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد .las نامیده می شود که فرمی است که توسط انجمن عکس برداری و سنجش از دور آمریکا (ASPRS) پشتیبانی می شود. اخیراً ، قالب .laz توسط مارتین ایسنبرگ از LasTools ساخته شده است. تفاوت در این است که .laz یک نسخه بسیار فشرده از .las است.

محصولات داده ای که از داده های ابر نقطه LiDAR به دست می آیند ، اغلب پرونده های رستری هستند که ممکن است در قالب های GeoTIFF (.tif) باشند.

ویژگی های داده LiDAR: X ، Y ، Z ، شدت و طبقه بندی

ویژگی های داده LiDAR بسته به نحوه جمع آوری و پردازش داده ها ، می تواند متفاوت باشد. با مشاهده فراداده می توانید مشخصاتی را که برای هر نقطه برگزاری در دسترس است ، تعیین کنید. تمام نقاط داده لیدار دارای مقادیر X ، Y و Z (ارتفاع) مرتبط خواهند بود. اکثر نقاط داده ای لیدار دارای مقدار شدت هستند ، که نشان دهنده میزان انرژی نوری ثبت شده توسط سنسور است.

برخی از داده های LiDAR نیز “طبقه بندی” می شوند – نه بسیار محرمانه ، اما با مشخصات مربوط به داده ها. طبقه بندی ابرهای نقطه LiDAR یک مرحله پردازش اضافی است. طبقه بندی به سادگی نشان دهنده نوع جسمی است که لیزر از آن بازتاب می شود. بنابراین اگر انرژی نوری از روی درخت منعکس شود ، ممکن است به عنوان “پوشش گیاهی” طبقه بندی شود. و اگر از سطح زمین منعکس شود ، ممکن است به عنوان “زمین” طبقه بندی شود.

برخی از محصولات LiDAR به عنوان “زمینی / غیر زمینی” طبقه بندی می شوند. برخی از مجموعه های داده بیشتر پردازش می شوند تا مشخص شود چه نقاطی از ساختمانها و سایر زیرساخت ها منعکس می شوند. برخی از داده های LiDAR با توجه به نوع پوشش گیاهی طبقه بندی می شوند.

کاوش داده های 3D LiDAR در یک نمایشگر آنلاین بصورت رایگان

آموزش ما در مورد مشاهده داده های ابر نقطه LiDAR را با استفاده از بیننده آنلاین Plas.io بررسی کنید: Plas.io: داده آنلاین ویز رایگان برای کاوش داده های LiDAR . بیننده Plas.io استفاده شده در این آموزش توسط مارتین ایسنبرگ از Las Tools و همکارانش ساخته شده است.

خلاصه

• یک سیستم LiDAR از لیزر ، GPS و IMU برای تخمین ارتفاع اجسام روی زمین استفاده می کند.
• داده های گسسته LiDAR از شکل موج تولید می شوند – هر نقطه نشان دهنده اوج نقاط انرژی در امتداد انرژی برگشتی است.
• نقاط گسسته LiDAR حاوی مقدار x ، y و z است. مقدار z همان چیزی است که برای تولید ارتفاع استفاده می شود.
• برای تخمین ارتفاع درخت و حتی پوشش تاج با استفاده از روش های مختلف می توان از داده های LiDAR استفاده کرد.