Αναζήτηση

Λήψεις (downloads)

Προγράμματα Δασικού Ενδιαφέροντος

Tεχνολογία LIDAR

Σήμερα, γίνεται μεγάλη συζήτηση για την τεχνολογία LIDAR και κυρίως για τις δυνατότητες της. Όπως θα δούμε στην παρακάτω ανασκόπηση η τεχνολογία αυτή είναι πολύ χρήσιμη σε μας τους δασολόγους, διότι μας προσφέρει δυνατότητες πολύ χρήσιμες σε μας.

Τι είναι η τεχνολογία LIDAR

LIDAR, ή 3D σάρωση με λέιζερ, είχε σχεδιαστεί τη δεκαετία του 1960 για την ανίχνευση υποβρυχίων από τα αεροσκάφη και τα πρώτα μοντέλα έχουν χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στις αρχές της δεκαετίας του 1970 στις ΗΠΑ, τον Καναδά και την Αυστραλία. Κατά τα τελευταία δέκα χρόνια έχει υπάρξει ένας πολλαπλασιασμός της χρήσης των αισθητήρων LIDAR στο Ηνωμένο Βασίλειο, με αρκετές να χρησιμοποιούνται τακτικά τόσο σε εναέριες όσο και σε επίγειες αποτυπώσεις.

Τα περισσότερα αερομεταφερόμενα συστήματα LIDAR απαρτίζονται από τον αισθητήρα LIDAR, ένα δέκτη GPS, μία αδρανειακή μονάδα μέτρησης (IMU), υπολογιστή ταξιδιού και συσκευές αποθήκευσης δεδομένων.

Το σύστημα LIDAR στέλνει μία παλλόμενη ακτίνα λέιζερ πάνω σε έναν καθρέφτη και την προβάλλει προς τα κάτω της εναέριας πλατφόρμας που είναι συνήθως ένα αεροπλάνο σταθερών πτερυγίων ή ένα ελικόπτερο. Η δέσμη σαρώνει από άκρη σε άκρη καθώς το αεροσκάφος πετά πάνω από την περιοχή έρευνας, μέτρησης μεταξύ 20.000 έως 150.000 σημεία το δευτερόλεπτο. Όταν η ακτίνα λέιζερ χτυπά σε ένα αντικείμενο αντανακλάται πίσω στον καθρέπτη. Το χρονικό διάστημα μεταξύ του παλμού που ξεκινάει από την εναέρια πλατφόρμα και την επιστροφή του στον αισθητήρα LIDAR μετριέται και καταγράφεται. Το GPS καθορίζει με ακρίβεια τη θέση του αεροσκάφους με το γεωγραφικό μήκος και υψόμετρο. Ο αισθητήρας LIDAR συλλέγει ένα τεράστιο ποσό δεδομένων και μια ενιαία καταγραφή μπορεί εύκολα να δημιουργήσει δισεκατομμύρια σημεία καταγραφής που αποθηκεύονται σε terabytes.

Τα αρχικά δεδομένα LIDAR μπορεί να ενισχυθούν περαιτέρω με τη χρήση επιπλέον προγραμμάτων μετά την επεξεργασία, μερικά από τα οποία μπορεί να γίνουν αυτόματα και μερικά χειροκίνητα. Περαιτέρω επεξεργασία χρησιμοποιεί τα πολλαπλά σήματα επιστροφής από κάθε παλμό λέιζερ. Με την αξιολόγηση της χρονικής διαφοράς μεταξύ των πολλαπλών σημάτων επιστροφής το σύστημα μετα-επεξεργασίας μπορεί να διακρίνει μεταξύ των κτιρίων και άλλων κατασκευών, της βλάστησης, της δασικής κομοστέγης και την επιφάνεια του εδάφους. Η διαδικασία αυτή χρησιμοποιείται για την αφαίρεση των επιφανειακών χαρακτηριστικών για να δημιουργηθούν τα ψηφιακά μοντέλα της γης (DTM) και άλλα εξελιγμένα προϊόντα.

Ένα πάρα πολύ σημαντικό σημείο της τεχνολογίας LIDAR είναι ότι η χρήση των εναέριων δεδομένων είναι δυνατή η ψηφιακή `απομάκρυνση (remove)` των κτιρίων, δέντρων και άλλων χαρακτηριστικών της επιφάνειας, αφήνοντας πίσω του το γυμνό έδαφος. Είναι επίσης δυνατή η επιλεκτική αφαίρεση χαρακτηριστικών, για παράδειγμα, η αφαίρεση των δέντρων και άλλης βλάστησης να μείνουν μόνο π.χ. τα κτίρια (ή το αντίστροφο για μας τους δασολόγους).

Όσον αφορά τα επίγεια συστήματα LIDAR είναι πολύ παρόμοια, διαφέρουν μόνο στο ότι το IMU δεν απαιτείται η LIDAR συσκευή συνήθως είναι τοποθετημένη σε τρίποδο και ο αισθητήρας LIDAR περιστρέφεται κατά 360 μοίρες. Η παλμική δέσμη λέιζερ ανακλάται στα αντικείμενα.
Οι παλμοί επιστροφής καταγράφονται και η απόσταση μεταξύ του αισθητήρα και του αντικειμένου που μετράτε. Τα δεδομένα που παράγονται είναι σε μορφή «σημεία νέφους», η οποία που είναι μία 3-διαστάσεων συστοιχίας σημείων, το καθένα έχοντας x, y και z θέση σε σχέση με το επιλεγμένο σύστημα συντεταγμένων.

Μία σύντομη ανασκόπηση στην ιστορία της τεχνολογίας LIDAR.

Η παλαιότερη γνωστή παραλλαγή του σύγχρονου συστήματος LIDAR εξελίχθηκε εκατομμύρια χρόνια πριν στη φύση. Η Chiroptera, η γνωστή νυχτερίδα, χρησιμοποιεί ένα σύστημα ηχοεντοπισμού καθοδήγησης γνωστό ως SONAR (ήχος πλοήγησης και σκόπευσης). Οι νυχτερίδες εκπέμπουν σύντομα και δυνατά «chirps» από τη μύτη τους και να λάβουν μια ηχώ μέσα από τα αυτιά τους με τη μορφή των δύο κεραιών. Αυτό τους παρέχει μια τρισδιάστατη άποψη της γύρω περιοχής, που τους επιτρέπει να αποφευχθούν τα εμπόδια και φυσικά να βρουν εύκολα λεία τους.
Οι άνθρωποι άρχισαν να αναπτύξουν παρόμοια συστήματα στις αρχές του 20ου αιώνα. Ο Christian Huelsmeyer δημιούργησε το Telemobilo-scope", το 1904, το οποίο ήταν η πρώτη μορφή του RADAR (Radio ανίχνευσης και σκόπευσης). Αυτό χρησιμοποιεί ραδιοκύματα εκτός του ηχητικού φάσματος. Αποτελείτο από μια κεραία, ένα δέκτη και έναν πομπό. Η αρχική του χρήση ήταν να ανιχνεύει μεταλλικά αντικείμενα, ιδίως τα πλοία στη θάλασσα, σαν μια μορφή αποφυγής σύγκρουσης. Αυτή η πρώιμη μορφή του RADAR είχε μια απόσταση 3000 μέτρων, πολύ λιγότερο από ό, τι σύγχρονες εναλλακτικές λύσεις του σήμερα.
Η μέθοδος προσδιορισμού της απόστασης αργότερα λύθηκε με στόχο την ακτίνα σε οποιοδήποτε επίπεδο της γης. Λαμβάνοντας υπόψη το ύψος της κεραίας εκπομπής και της γωνίας της κάθετης ανύψωσης του ανιχνευόμενου αντικειμένου είναι δυνατός ένας απλός υπολογισμός για τον προσδιορισμό της απόστασης του αντικειμένου από τον πομπό. Η απόσταση μετριέται από τον χρόνο που χρειάζεται για τον παλμό να ταξιδέψει από και προς το στόχο. Είναι επίσης δυνατόν να χρησιμοποιηθεί ένας συνεχής κυματομορφής που δείχνει τη μετατόπιση της συχνότητας Doppler για τη μέτρηση της ταχύτητας στόχους.

Οι LIDAR (Light Detection και Ranging) αισθητήρες λειτουργούν με την ίδια αρχή όπως το ραντάρ, αποστολή ενός μήκος κύματος σε ένα αντικείμενο και υπολογισμός της καθυστέρησης στην επιστροφή του στην πηγή, οπότε είναι δυνατή η μέτρηση της απόστασης μεταξύ των δύο σημείων. Επειδή το φως λέιζερ έχει πολύ μικρότερο μήκος κύματος είναι δυνατόν να μετρηθούν με ακρίβεια πολύ μικρότερα αντικείμενα, όπως αερολύματα και τα σωματίδια του νέφους, πράγμα που το καθιστά ιδιαίτερα κατάλληλο για τη χαρτογράφηση του εδάφους από αερομεταφερόμενα οχήματα.

Η εξίσωση που υπολογίζει πόσο ταξίδεψε ένα φωτόνιο φωτός προς και από ένα αντικείμενο είναι:

Απόσταση = ( Ταχύτητα του φωτός Χ Χρόνος κίνησης)

LIDAR (επίσης γνωστή και ως LaDAR Laser Detection And Ranging) έχει χρησιμοποιηθεί εκτενώς στην ατμοσφαιρική έρευνα και μετεωρολογία εξ αιτίας της άριστης ανάλυσης της. Ήταν μόνο με την ανάπτυξη του συστήματος παγκόσμιου εντοπισμού θέσης (GPS) στη δεκαετία του 1980, που επέτρεψε την ακριβή αναγνώριση της θέσης των αεροσκαφών, και έτσι κατέστησε εφικτές τις εναέριες αποτυπώσεις με LIDAR. Από τότε έχουν πολλές LIDAR συσκευές έχουν χρησιμοποιηθεί σε αεροσκάφη και δορυφόρους.
Εξαρτήματα της συσκευής LIDAR – Τύποι LIDAR

Ένα LIDAR αποτελείται κυρίως από ένα λέιζερ, ένα σαρωτή, και ένα εξειδικευμένο δέκτη GPS. Υπάρχουν βασικά δύο τύποι LIDAR ο τοπογραφικός και βυθομετρικός. Τα Τοπογραφικά LIDAR τυπικά χρησιμοποιεί εγγύς υπέρυθρο λέιζερ για να χαρτογραφήσει τη γη, ενώ τα βυθομετρικά LIDAR χρησιμοποιεί το πράσινο φως που διαπερνά το νερό και έτσι είναι δυνατή η μέτρηση του πυθμένα και τα υψόμετρα των κοιτών των ποταμών και θαλασσών. Οι επιστήμονες που εργάζονται με NOAA χρησιμοποιούν LIDAR για να παράγουν πιο ακριβείς χάρτες των ακτογραμμών, της αξιοποίησης των ψηφιακών υψομετρικών μοντέλα και με για χρήση ΓΣΠ , για να βοηθήσουν τις επιχειρήσεις αντιμετώπισης καταστάσεων έκτακτης ανάγκης, καθώς και σε πολλές άλλες εφαρμογές.

Ανάλογα της μεθόδου καταγραφής υπάρχουν δύο μέθοδοι: άμεση ανίχνευση της ενέργειας, επίσης γνωστή ως cincoherent (ασυνάρτητη), και η συνεκτική ανίχνευση (coherent detection). Τα συνεκτικά συστήματα είναι καλύτερα γιατί τους επιτρέπει να λειτουργούν σε πολύ χαμηλότερη ισχύ, αλλά έχει το μειονέκτημα των πιο περίπλοκων απαιτήσεις σε πομποδέκτη. Και στους δύο τύπους συστημάτων LIDAR υπάρχουν δύο βασικά μοντέλα παλμών: συστήματα μικροπαλμών (MicroPulse) και τα υψηλής ενέργειας. Τα MicroPulse συστήματα έχουν αναπτυχθεί ως αποτέλεσμα των πιο ισχυρών υπολογιστών που έχουν μεγαλύτερη υπολογιστικές δυνατότητες. Τα λέιζερ είναι χαμηλής ισχύος και χαρακτηρίζονται ως «ασφαλή για τα μάτια» επιτρέποντάς τους να χρησιμοποιηθούν με λίγες προφυλάξεις ασφαλείας. Τα υψηλής ενέργειας συστήματα χρησιμοποιούνται συχνότερα για την ατμοσφαιρική έρευνα, και συχνά χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση ποικιλίας ατμοσφαιρικών παραμέτρων, όπως το ύψος, την πυκνότητα των νεφών, τα σωματίδια του νέφους ιδιότητες, θερμοκρασία, πίεση, άνεμος, η υγρασία και ίχνη συμπύκνωσης των αερίων.

Τα εναέρια συστήματα LIDAR μπορούν να χρησιμοποιηθούν:

-      Διαχείρισης Δασών και Σχεδιασμός

-      Μοντελοποίηση Πλημμυρικών φαινομένων

-      Μοντελοποίηση Ρύπανση

-      Αποτύπωση και χαρτογράφηση

-      Σχεδιασμός αστικού περιβάλλοντος

-      Διαχείριση ακτών

-      Τρισδιάστατη χαρτογράφηση δρόμων

-      Ανίχνευση πετρελαίου και αερίου

-      Αρχαιολογία

-      Κλπ

Περισσότερα για την τεχνολογία και συστήματα LIDAR μπορείτε να βρείτε στα κείμενα

http://coast.noaa.gov/digitalcoast/_/pdf/LIDAR101.pdf

http://pubs.usgs.gov/tm/11b4/

Επίσης το βίντεο (40’)

https://www.youtube.com/watch?v=HfV7jJgrw4Q

Σημαντικές ιστοσελίδες είναι:

www.LIDAR.com

LIDAR information and resources.

 

LIDAR.cr.usgs.gov

LIDAR information from USGS

 

www.bluesky-world.com

Airborne GIS data and imagery acquisition and archive.

 

www.LIDARmap.org

The international LIDAR mapping forum.

 

LIDARvfx.com

Ground and aerial LIDAR scanning for the entertainment industry.

 

www.LIDAR.co.uk

Survey and mapping with 3D laser scanning.

 

www.earlinet.org

European Aerosol Research LIDAR Network to establish an aerosol climatology.

 

LIDARservices.com

American based LIDAR collection services.

 

www.oldaerialphotos.com

Historical airborne GIS data dating back to 1917.

 

www.wildgoose.ac

Education products specialising in GIS based learning tools.

 

pugetsoundLIDAR.ess.washington.edu

Public-domain high-resolution topography for the Pacific Northwest

 

www.bumitouch.com

LIDAR System Technology

 

Ελεύθερα δεδομένα LIDAR (!!!) μπορούν να κατεβούν από τις ακόλουθες διευθύνσεις (φυσικά δεν υπάρχουν για την Ελλάδα):

-      Open topography http://www.opentopography.org/

-       USGS Earth Explorer http://earthexplorer.usgs.gov/

-       United States Interagency Elevation Inventory + Wikipedia LIDAR https://en.wikipedia.org/wiki/National_LIDAR_Dataset_%28United_States%29

-        NOAA Digital Coast https://www.coast.noaa.gov/dataviewer/

-      LIDAR Online http://www.LIDAR-online.com/tools/maps/

-       National Ecological Observatory Network – NEON http://www.neoninc.org/


ΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ
LIDAR ΣΤΗ ΔΑΣΟΛΟΓΙΑ

Όπως σε όλους είναι γνωστό τα δεδομένα και η τεχνολογία LIDAR για να χρησιμοποιηθούν στην Ελλάδα θα περάσει πολύς καιρός ένας ή δύο περίτροποι χρόνοι (είναι προσωπική εκτίμηση). Πιθανόν και να μην χρησιμοποιηθούν και ποτέ, γιατί στην Ελλάδα εκτός των άλλων προβλημάτων υπάρχει και έλλειψη καινοτόμων προοπτικών.

Παρακάτω δίδουμε κάποιες ιστοσελίδες με κείμενα και βίντεο από τις οποίες μπορείτε να πάρετε πληροφορίες για την τεχνολογία LIDAR και την δασοπονία.

http://1drv.ms/1W6Tx5K

http://proceedings.esri.com/library/userconf/proc14/papers/877_556.pdf

http://michigansaf.org/Tours/12NoName/09-Falkowski.pdf

Ημερολόγιο

«  Δεκέμβριος 2018  »
ΔΤΤΠΠΣΚ
12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31

Απόψεις του Διαχειριστή

Χρήσιμες συμβουλές

Ροές Ειδήσεων RSS Feeds

Μετρητής επισκεπτών

conter12

Επαφές

Αυτήν τη στιγμή επισκέπτονται τον ιστότοπό μας 12 επισκέπτες και κανένα μέλος

Καινοτόμες εφαρμογές

Τηλεσυνομιλίες

Παγκόσμιος μετεωρολογικός χάρτης