LiDARはどのように動作しますか?

草木に囲まれた場所でもマッピングが可能なレーザー技術とは?
、コントラストや影が少ない状況でもマッピングが可能です。

2018年8月7日

「光の検出と測距」

光検出・測距(Light Detection And RangingLiDAR)は、レーザーを使ったリモートセンシング技術です。LiDAR のアイデアは非常にシンプルで、小さなレーザーを表面に当て、そのレーザーが光源に戻ってくるまでの時間を計測するというものです。

この技術は、地理情報システム (GIS) で3Dマッピング用のデジタル標高モデル (DEM) またはデジタル地形モデル (DTM) を生成するために使用されます。

LiDAR動作原理

  • レーザーパルスの放射
  • 反射信号の記録
  • 距離測定 (走行時間 × 光の速度)
  • 平面の位置と高度の取得
  • 正確なエコー位置の計算

LiDAR for dronesと完全に一致しています。

  • Small areas to fly over (<10 sq. km or 100 km linear)
  • 植生下のマッピング
  • アクセスが難しい地域
  • ほぼリアルタイムまたは頻繁に必要なデータ
  • 2.5cm から 10cm の範囲で必要な正確度

LiDARはどのように動作しますか?

LiDARについてはすでに聞いたことがあるかもしれませんが、この技術についての詳細はわかりません。LiDARの基本的な原則を以下で学ぶことができます。また、無人航空機(UAV、UAS、またはドローンとも呼ばれる)を使用した3Dレーザーマッピングの活用もいくつか見つけられます。

 

1.LiDAR の仕組みを理解する

Light Detection and Ranging (LiDAR) は、電波の代わりにレーザーを使ったレーダーに似た技術です。
LiDAR 原理はとても簡単です。

  1. それは表面にレーザーパルスを発する
  2. LiDARパルスソースに反射したレーザーをセンサーでキャッチバック
  3. レーザーが移動した時間を測定する
  4. 「距離 = (光の速度 x 経過時間)」の式でソースからの距離を計算します/ 2

このプロセスはLiDAR計測器に100万回繰り返されることに従って、3D 点群と呼ばれる測量領域の複雑なマップを作成します。

2.LiDAR のシステムがどのように構築されているかを理解する

センサーから地表の点までの100万個の距離を測定するために必要な装置がLiDAR システムです。この高度な技術は、LiDAR センサーとターゲットの間の距離を計算することができるため、非常に高速に動作します(光速は秒速30万キロメートルです)。LiDAR システムは、自動車、航空機、UAVに搭載されるかどうかにかかわらず、3つの主要コンポーネントを統合します。

1.レーザースキャナー
LiDAR システムは、様々なモバイルシステム(自動車、飛行機、ドローン...)から、空気や植物(エアリアルレーザー)、さらには水(バティメトリーレーザー)を通してレーザー光をパルス照射します。スキャナーは光の反射(エコー)を受信し、距離や角度を測定します。スキャン速度は、LiDAR システムで測定されるポイントとエコーの数に影響します。光学部品とスキャナーの選択は、解像度とLiDAR システムを操作できる範囲に大きく影響します。

2.Navigation and Positioning Systems
LiDAR センサーが航空機、自動車、UAS(無人航空機システム)のいずれに搭載されているかにかかわらず、取得したデータが使用可能なデータであることを確認するためには、センサーの絶対的な位置と向きを決定することが重要です。GNSS(Global Navigation Satellite System)は、センサーの位置(緯度、経度、高さ)に関する正確な地理情報を提供し、IMU(Inertial Measurement Unit)は、この位置でセンサーの正確な姿勢(ピッチ、ロール、ヨー)を定義します。これら2つのデバイスで記録されたデータは、3Dマッピングの点群の基礎となる静的なポイントにデータを生成するために使用されます。

3.コンピューティング技術
データを最大限に活用するためには、正確なエコーの位置を定義することでLiDAR システムを機能させるための計算が必要です。また、飛行中のデータの可視化やデータの後処理にも必要であり、3Dマッピングの点群の精度と正確さを向上させることができます。

3.プロジェクトのニーズとLiDAR 仕様との適合性の定義

レーザースキャナ: 正確度と精度のレベル、ポイント密度、範囲、貴社のプロジェクトのニーズに合ったスワスのレベルは何ですか?

GNSS: GNSS 基準局(陸上) +GNSS 受信側 (移動) は、使用される GNSS(GPS、GLONASS、ベイドウまたはガリレオ) と互換性がありますか。地上局は必要ですか?

電池: バッテリーは内蔵式それでも外部式?マップしたい表面をカバーするために必要な自立機能は何ですか?

取り付け:LiDAR システムは、使用している空中プラットフォーム(航空機、ドローン)か自動車プラットフォーム(車)に簡単に搭載されていますか?

データファイル: 生成された情報の形式は何ですか?

データ後処理: データを使用して、最適な3Dマッピングポイントクラウドをエンドカスタマーに提供するのはどのくらい簡単ですか?分類、着色、DTM生成、orl ?後処理されたデータでどうするか?

4.UAVの発見LiDAR アプリケーション

電力事業電線のたるみの問題を検出したり、トリミング作業を計画するための送電線調査

マイニング: 鉱山操業(備蓄、掘削)の最適化や鉱山拡張の決定のための表面積/体積の計算

土木工学平地化のための地図作成、計画、インフラの最適化(道路、鉄道、橋、パイプライン、ゴルフ場)、自然災害後の改修、緊急計画のための海岸浸食調査など。

考古学林冠を利用したマッピングで発見のスピードアップを図る

林業: 活動を最適化するために森林をマッピングしたり、木の数を数えたりするのに役立ちます。

環境研究成長速度の測定、病気の蔓延

5.LiDAR マッピングのためのUAVの発見

の詳細を見る DJI UAVでLiDAR マッピングDJI M600やDJI M300など。

次のLiDAR の調査に適したUAVを選ぶのは簡単ではありません。詳しくはこちら LiDAR 運用を開始するためのUAVの選び方.

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