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¿Cómo funciona el LiDAR?

¿Qué es esta tecnología láser que hace posible la cartografía a través de la vegetación?
en situaciones de bajo contraste o sombra?

7 de agosto de 2018

Detección y alcance de la luz

Detección de luz y alcance (LiDAR) es una tecnología de teledetección basada en láser. La idea detrás de LiDAR es bastante simple: apuntar un pequeño láser a una superficie y medir el tiempo que tarda el láser en volver a su fuente.

Esta tecnología se utiliza en los sistemas de información geográfica (SIG) para producir un modelo digital de elevación (DEM) o un modelo digital del terreno (DTM) para la cartografía en 3D.

Principio de funcionamiento LiDAR

  • La emisión de un pulso de láser
  • Registro de la señal retrodispersada
  • Medición de la distancia (Tiempo de viaje x velocidad de la luz)
  • Recuperando la posición y la altitud del avión
  • El cálculo de la posición precisa del eco

LiDAR para los drones concuerda perfectamente:

  • Pequeñas áreas para sobrevolar (<10 sq. km or 100 km linear)
  • Cartografía bajo la vegetación
  • Zonas de acceso difícil
  • Datos necesarios en tiempo casi real o con frecuencia
  • Se requiere una precisión de entre 2,5 y 10 cm

¿Cómo funciona LiDAR ?

Puede que ya hayas oído hablar de LiDAR pero no tienen ni idea de esta tecnología. Aprenderás en lo que sigue los principios básicos detrás de LiDAR. También descubrirá varias aplicaciones para el mapeo láser en 3D con vehículos aéreos no tripulados (también conocidos como UAV, UAS o drones).

 

1. Entender cómo funciona LiDAR

La Detección y Alcance de la Luz (LiDAR) es una tecnología similar al radar, que utiliza láser en lugar de ondas de radio.
El principio LiDAR es bastante fácil de entender:

  1. Emite un pulso de láser en una superficie
  2. Atrapa el láser reflejado de vuelta a la LiDAR fuente del pulso con sensores
  3. Mide el tiempo que el láser viajó
  4. Calcula la distancia de la fuente con la fórmula "Distancia = (Velocidad de la luz x Tiempo transcurrido) / 2

Este proceso es repetido un millón de veces por los instrumentos LiDAR y termina produciendo un complejo mapa del área estudiada conocido como una nube de puntos 3D.

2. Comprender cómo se construye un sistema LiDAR

El equipo necesario para medir un millón de distancias desde los sensores hasta los puntos de la superficie es un sistemaLiDAR . Esta avanzada tecnología funciona realmente rápido ya que es capaz de calcular la distancia entre los sensores de LiDAR y su objetivo (como recordatorio la velocidad de la luz es de 300 000 kilómetros por segundo). Los sistemas de LiDAR integran 3 componentes principales ya sea que estén montados en vehículos automotores, aviones o UAV:

1. Escáner láser
Los sistemas LiDAR pulsan una luz láser desde varios sistemas móviles (automóviles, aviones, aviones no tripulados...) a través del aire y la vegetación (láser aéreo) e incluso el agua (láser batimétrico). Un escáner recibe la luz de vuelta (ecos), midiendo distancias y ángulos. La velocidad de exploración influye en el número de puntos y ecos que son medidos por un sistema LiDAR. La elección de la óptica y el escáner influye en gran medida en la resolución y el rango en el que se puede operar el sistema LiDAR.

2. Sistemas de navegación y posicionamiento
Ya sea que un sensor LiDAR esté montado en un avión, un automóvil o un UAS (sistemas aéreos no tripulados), es crucial determinar la posición absoluta y la orientación del sensor para asegurarse de que los datos capturados sean datos utilizables. Los Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS) proporcionan información geográfica precisa sobre la posición del sensor (latitud, longitud, altura) y una Unidad de Medición Inercial (IMU) define en este lugar la orientación precisa del sensor (inclinación, balanceo, guiñada). Los datos registrados por estos 2 dispositivos se utilizan para generar datos en puntos estáticos: la base de la nube de puntos de cartografía 3D.

3. Tecnología informática
Para aprovechar al máximo los datos: se requiere un cálculo para que el sistema LiDAR funcione definiendo la posición precisa del eco. Se requiere para la visualización de datos en vuelo o para el post-procesamiento de datos, así como para aumentar la precisión y la exactitud de la nube de puntos de la cartografía 3D.

3. Definir un ajuste entre las necesidades de su proyecto y las especificaciones de LiDAR

Escáner láser: ¿Cuál es el nivel de precisión, el nivel de precisión, la densidad de puntos, el rango, la hilera que se ajusta a las necesidades de su proyecto?

GNSS: ¿Son la estación de referencia GNSS (terrestre) + el receptor GNSS (en movimiento) compatibles con el GNSS utilizado (GPS, GLONASS, BEiDOU o Galileo)? ¿Necesito una estación terrestre o no?

Baterías: ¿Las baterías son internas o externas? ¿Cuál es la autonomía necesaria para cubrir la superficie que desea cartografiar?

Montar: ¿Puede el sistema LiDAR ser fácilmente montado en la plataforma aérea (avión, dron) o en la plataforma automotriz (automóvil) que utilice?

Archivo de datos: ¿Cuál es el formato del archivo de datos generado?

Post-proceso de datos: ¿Qué tan fácil es usar los datos y entregar la mejor nube de puntos de cartografía 3D a su cliente final? Clasificación, coloración, generación de DTM, orl ? ¿Qué hacer con los datos post-procesados?

4. Descubriendo aplicaciones de los UAV LiDAR

Utilidades de energíaEstudio de la línea eléctrica para detectar problemas de hundimiento de la línea o para planificar las actividades de recorte.

Minería: cálculo de superficie/volumen para optimizar las operaciones de la mina (almacenamiento, excavación) o decidir la extensión de la mina

Ingeniería civil: cartografía para ayudar a la nivelación, planificación y optimización de la infraestructura (carreteras, ferrocarriles, puentes, oleoductos, campos de golf) o renovación después de desastres naturales, estudio de la erosión de las playas para construir un plan de emergencia

Arqueología...cartografiando a través del dosel del bosque para acelerar los descubrimientos...

Silvicultura: cartografiar los bosques para optimizar las actividades o ayudar al recuento de los árboles

Investigación medioambientalmedir la velocidad de crecimiento, la propagación de enfermedades

5. Descubriendo UAV para el mapeo de LiDAR

Averigüe más sobre DJI UAV para el mapeo de LiDAR como el DJI M600 o el DJI M300.

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