لایدار در نقشه برداری
لایدار یا لیدار چیست ؟ در این مقاله از وبسایت مسترپی در مورد lidar در مقشه برداری و کاربرد های آن صحبت خواهیم کرد تا پس مطالعه این مقاله دید بهتری از لایدار در نقشه برداری داشته باشید.
با پیشرفتهای اخیر در حوزه سنجش از دور هوایی، استفاده از پهپاد نقشه برداری به دلیل سرعت و تراکم بالای این فناوری نسبت به روشهای سنتی زمینی، اهمیت فراوانی پیدا کرده است. از این رو، ضروری است که دانش و اطلاعات خود را در این زمینه بهروز نگه داشته و با بهرهگیری از این تکنولوژیهای نوین، پروژههای مختلف را با دقت و سرعت بیشتری به انجام برسانیم.
فناوری لایدار در نقشه برداری
ظهور فناوری لایدار موجب ایجاد تصورات اشتباهی در مقایسه آن با دوربینهای فتوگرامتری شده است. اگرچه این دو تکنولوژی شباهتهای زیادی به هم دارند، اما مکانیزم عملکرد و خروجیهای حاصل از آنها متفاوت است. انتخاب هر یک از این روشها بستگی به شرایط محیطی، نوع پروژه و بودجه در دسترس دارد.
با درک تفاوتها و مزایای هر دو سیستم، میتوان بهترین گزینه را برای انجام پروژههای گوناگون انتخاب کرد و به نتایج مطلوبتری دست یافت. قبل از ادامه این مطلب در مورد فتوگرامتری چیست بیشتر بدانید.
لایدار چیست
لایدار (LIDAR) که مخفف عبارت Light Detection and Ranging است، به معنای شناسایی و تعیین مسافت با استفاده از نور میباشد. این فناوری، یکی از روشهای سنجش از دور نوری محسوب میشود و به عنوان یک تکنولوژی نسبتاً جدید در حوزههای مختلف، بهویژه نقشهبرداری، با سرعت در حال توسعه و گسترش است.
در این روش، از پرتوهای نوری برای اندازهگیری ویژگیهای خاص عوارض زمین و دور استفاده میشود. همچنین، پارامترهای موقعیت عوارض با دقت بسیار بالایی تعیین میگردند. لایدار قادر است 20000 تا 150000 پالس در ثانیه را ارسال و دریافت کند.
کاربرد سیستم لیدار در نقشه برداری
لایدار به دلیل دقت و سرعت بالای خود، در حوزههای مختلفی مورد استفاده قرار میگیرد. برخی از کاربردهای اصلی آن عبارتند از:
- فاصلهیابی فضایی
- مدلسازی سهبعدی محیطهای شهری و غیرشهری
- کاربردهای اتمسفری
- مدیریت جنگلداری
- مدلسازی سیلاب
- نقشهبرداری و کارتوگرافی
- مدیریت خطوط ساحلی
- اکتشاف منابع انرژی مانند نفت و گاز
- بررسی معادن و مواد معدنی
- باستانشناسی
- معماری
- بررسی راهآهن و جادهها
- مشخص کردن نقاط کناری برجها
- تعیین انحنای کابلهای انتقال نیرو
- اندازهگیری فاصله بین گیاهان و خطوط انتقال نیرو
Lidar در نقشه برداری
سیستم لایدار عملکردی مشابه لیزر دارد و دادههای آن به سه روش زمینی، هوایی و فضایی جمعآوری میشوند. این سیستم با ارسال یک دسته اشعه نوری و تحلیل بازتاب آن، فاصلهها را با دقت بالا اندازهگیری میکند.
اجزای اصلی سیستم لایدار
اشعه نوری:
در این سیستم، از نور مرئی (532 نانومتر) و مادون قرمز نزدیک (1064 نانومتر) استفاده میشود. این طیف امواج به دلیل بازتاب مناسب از سطح پوششهای گیاهی کاربرد دارند.GPS (سامانه تعیین موقعیت جهانی):
یک GPS بسیار دقیق در پهپاد برای تعیین موقعیت دقیق پرنده هنگام ارسال پالس استفاده میشود. این موقعیتیابی میتواند به دو روش RTK یا PPK انجام شود.IMU (واحد اندازهگیری اینرسی):
این سنسور دقیق، پارامترهای دورانی پهپاد را در سه جهت اصلی (Yaw, Pitch, Roll) ثبت میکند. این اطلاعات تأثیر مستقیمی بر دقت ارتفاع محاسبه شده دارند.سیستم ذخیرهسازی دادهها:
دادههای جمعآوریشده باید به صورت لحظهای در یک سیستم کامپیوتری یا فضای ذخیرهسازی جمعآوری شوند تا در مراحل بعدی تحلیل و پردازش شوند.
نحوه کار سیستم لایدار در اندازهگیری فاصله و ارتفاع
اساس عملکرد سیستم لایدار بر پایه ارسال و دریافت پالسهای نوری است. در این سیستم، پالسهایی به سمت سطح زمین ارسال شده و پس از بازتاب از سطح عوارض، توسط سنسور دریافت میشوند. زمان رفت و برگشت پالسها توسط یک ساعت دقیق اندازهگیری میشود.
فرمول محاسبه فاصله:
برای محاسبه فاصله پهپاد تا سطح عارضهای که پالس از آن بازتاب شده است، از رابطه زیر استفاده میشود:
فاصله پهپاد تا عارضه = 2 ÷ (سرعت نور × زمان رفت و برگشت پالس)
محاسبه ارتفاع سطح زمین
با داشتن ارتفاع پهپاد از دادههای GPS و فاصله محاسبهشده از طریق فرمول بالا، میتوان ارتفاع سطح زمین را به دست آورد. این کار با کم کردن فاصله محاسبهشده از ارتفاع GPS انجام میشود.
اهمیت زاویه ارسال اشعهها
پالسهای ارسالی از پهپاد به سطح زمین با زاویه خاصی ارسال میشوند که توسط ژیروسکوپ بسیار دقیق در پهپاد اندازهگیری میشود. این زوایا همراه با مقادیر بهدستآمده از IMU (واحد اندازهگیری اینرسی) برای انجام محاسبات دقیق ضروری هستند. بدون در نظر گرفتن این اطلاعات، اندازهگیریها ممکن است دقت لازم را نداشته باشند.
تحلیل دادههای بازتابشده
اولین پالس بازتابی:
پالس ارسالی پس از برخورد به اولین جسم (مانند درختان یا ساختمانها) بازتاب میشود.آخرین پالس بازتابی:
آخرین پالس بازتابی که به دستگاه میرسد، از سطح زمین ارسال شده است. این دادهها برای ایجاد مدل رقومی ارتفاعی (DEM) سطح زمین استفاده میشوند.
ایجاد مدل رقومی ارتفاعی زمین (DEM):
برای ساخت مدل ارتفاعی زمین، پالسهایی که در آخرین مرحله دریافت میشوند، فیلتر شده و پس از انجام درونیابی، مدل ارتفاعی کل منطقه مورد نظر ایجاد میشود. در مورد نقشه DEM بیشتر بدانید.
تشخیص عوارض روی سطح زمین:
برای به دست آوردن اطلاعات مربوط به عوارض سطح زمین (مانند درختان و ساختمانها)، تمامی دادههای دریافتی از آخرین پالسها کسر میشود. به عبارتی، با حذف دادههای مربوط به سطح زمین از کل دادهها، عوارض سطحی مانند پوشش گیاهی و سازهها مشخص میشوند.
خروجی تکنولوژی لایدار (LIDAR)
محصول اصلی تکنولوژی لایدار، ابرنقاط سهبعدی متراکم است. تراکم نقاط در این ابرنقاط به عوامل متعددی از جمله ویژگیهای سنجنده (مانند نرخ تکرار و فرکانس اشعه اسکنر)، پارامترهای پرنده و IMU بستگی دارد. با این حال، ارتفاع پرواز و سرعت هواپیما بیشترین تأثیر را بر تراکم نقاط دارند.
مدل سهبعدی رنگی
خروجی اولیه تکنولوژی لایدار، یک ابرنقاط تکرنگ است. با استفاده از مدل ارتو دیجیتال (DOM) یا تصاویر ارتوگرافیک حاصل از دوربین فتوگرامتری، میتوان به هر نقطه در ابرنقاط یک کد رنگی اختصاص داد. این فرایند به تولید مدل سهبعدی رنگی منجر میشود. علاوه بر این، در نرمافزارهای تخصصی، امکان مشبندی بین نقاط وجود دارد که میتواند بافت مخصوص هر منطقه را تولید کند.
قابلیتهای سنجش از دور با لایدار
- سیستم فعال: لایدار بهعنوان یک فناوری سنجش از دور فعال شناخته میشود. این بدان معناست که امواج لیزر میتوانند از میان پوشش گیاهی مانند شاخ و برگ درختان عبور کرده و به سطح زمین برسند، بنابراین امکان استخراج مدل رقومی زمین (DEM) فراهم میشود.
- برداشت خطوط باریک: لایدار در برداشت خطوط باریکی مانند خطوط انتقال نیرو (برق و …) بسیار کارآمد است.
- عملکرد در شب: این سیستم قابلیت جمعآوری دادهها در شرایط نوری کم یا حتی در شب را دارد.
بهطور کلی، تراکم نقاط لایدار معمولاً کمتر از 1 متر است و دقت آن حدود 15 سانتیمتر در راستای عمودی و 40 سانتیمتر در راستای افقی است.
پیشنهاد میشود تا در مورد نقاط کنترل در نقشه برداری نیز مطالعه کنید.
مقایسه لایدار و فتوگرامتری
شباهتها
- هر دو تکنولوژی میتوانند ابرنقاط سهبعدی ایجاد کنند.
- هر دو در نقشهبرداری هوایی و سنجش از دور کاربرد دارند.
تفاوتها
هزینه:
سیستمهای فتوگرامتری معمولاً هزینه کمتری نسبت به لایدار دارند و راهاندازی آنها اقتصادیتر است.کارایی در شرایط خاص:
لایدار در مناطقی که زاویه دید محدود است (بهدلیل پوشش گیاهی، نور کم یا شرایط آبوهوایی نامساعد)، کارایی بالاتری نسبت به فتوگرامتری دارد.روش جمعآوری دادهها:
در فتوگرامتری، تصاویر همپوشانیدار پردازش شده و یک ابرنقاط سهبعدی تولید میشود. اما در لایدار، دادهها بهصورت مستقیم و با ابرنقاط متراکم برداشت میشوند.دقت:
در بسیاری از موارد، لایدار دقت بیشتری در اندازهگیری جزئیات عوارض کوچک مانند خطوط برق یا خطوط لوله ارائه میدهد.خروجی تصویری:
فتوگرامتری از تصاویر RGB بصری استفاده میکند و مدلهایی رنگی ایجاد میکند. در مقابل، لایدار از هزاران نقطه برای ساخت مدلهای تکرنگ استفاده میکند.
مقایسه تکنولوژی لیدار و فتوگرامتری
در جدول زیر، برخی از ویژگیهای کلیدی دو تکنولوژی لایدار (LIDAR) و فتوگرامتری مقایسه شدهاند تا به شما کمک کنند بهترین انتخاب را برای پروژههای نقشهبرداری داشته باشید:
ویژگی | فتوگرامتری | لایدار |
---|---|---|
سرعت برداشت | زیاد | بسیار زیاد |
سرعت تهیه نقشههای توپوگرافی | زیاد | بسیار زیاد |
دقت تهیه نقشه | زیاد | زیاد |
هزینه تهیه سیستم | متوسط | بسیار گران |
هزینه اجرای عملیات | متوسط | زیاد |
دردسترس بودن | قابل دسترسی زیاد | محدود |
موارد کاربردی | تهیه نقشههای شهری، روستایی، توپوگرافی، محاسبه احجام | تهیه نقشههای توپوگرافی، محاسبه احجام |
استفاده از لایدار در نقشهبرداری
برای انجام عملیات نقشهبرداری هوایی با استفاده از تکنولوژی لایدار، دوربین لایدار (مانند Zenmuse L1 از کمپانی DJI) باید روی پهپاد نصب شود. این دوربین نیازمند سیستمهای زیر است:
- سیستم تعیین موقعیت دقیق (GPS)
- سنسور IMU (واحد اندازهگیری اینرسی)
علاوه بر این، برای پردازش حجم بالای ابرنقاط جمعآوریشده، نیاز به یک سیستم رایانهای قدرتمند دارید.
مزایای لایدار:
- عدم نیاز به نقاط کنترل زمینی: تنها برای اعتبارسنجی دادهها، ممکن است به یک یا دو نقطه کنترل نیاز باشد.
- نیاز به همپوشانی کمتر: برخلاف فتوگرامتری که به همپوشانی بالای تصاویر نیاز دارد، لایدار با همپوشانی 20-30 درصدی بهخوبی کار میکند.
انتخاب بهترین روش
پیش از شروع پروژه، باید با در نظر گرفتن ویژگیها، مزایا و محدودیتهای هر دو روش، یکی از دو تکنولوژی لایدار یا فتوگرامتری را انتخاب کنید. این انتخاب به عواملی مانند:
- نوع پروژه
- بودجه موجود
- نیاز به دقت
- زمان اجرای پروژه
بستگی دارد و میتواند در صرفهجویی زمان و هزینهها نقش مهمی داشته باشد.
کاربرد LIDAR در مدلسازی سهبعدی
تکنولوژی لایدار که یک فناوری نوین محسوب میشود، قابلیت برداشت و مدلسازی سهبعدی از مکانها و عوارض مختلف را دارد. تیم آکادمی مان با بهرهگیری از لیزر اسکنر زمینی FARO، خدمات زیر را ارائه میدهد:
- برداشت و مدلسازی سهبعدی از بناهای تاریخی
- مدلسازی در کارخانجات و فضاهای صنعتی
- بررسی و برداشت دکلهای نفت و گاز
- نقشهبرداری از محوطههای شهری و غیرشهری
پاسخها