Tecnologie
LIDAR
Per molto tempo la nostra più grande sfida è stata rappresentata da aree densamente vegetate.
Ora, utilizzando la procedura attiva della nostra ultima tecnologia, possiamo misurare i punti e quindi effettuare rilievi in modo rapido, preciso e completo anche con vegetazione pesante.
Cos'è il LIDAR (Light Detection and Ranging)?
LiDAR è fondamentalmente una tecnologia a distanza.
Da un aereo o un elicottero, i sistemi LiDAR inviano attivamente energia luminosa a terra. Questo impulso colpisce il terreno e ritorna al sensore.
Fondamentalmente, misura quanto tempo impiega la luce emessa per ritornare al sensore. Alla fine, ottiene una distanza variabile dalla Terra.
In realtà, questo è il modo in cui LiDAR ha ottenuto il suo nome: Light Detection and Ranging.
Ma analizziamo più in dettaglio questa tecnologia. Ad esempio, cosa genera un sistema LiDAR? Quali sono le applicazioni LiDAR in GIS?
Quali risultati può generare UN LIDAR?
LIDAR è il telerilevamento attivo. Ciò significa che il sistema LiDAR invia un impulso di luce e attende il ritorno dell'impulso. Questo è diverso dai sensori passivi che raccolgono l'energia riflessa proveniente dal sole. I sensori attivi sono molto accurati perché sono controllati nella piattaforma.
LiDAR è uno strumento di campionamento. Ciò vuol dire che ha la forza bruta per inviare 160.000 impulsi al secondo. In una nuvola di punti il sensore LiDAR crea milioni di punti. Di solito, la densità del punto è inferiore a un metro con una precisione di circa 15 cm in verticale e 40 cm in orizzontale.
Un'unità LiDAR analizza il terreno da un lato all'altro mentre l'aereo vola perché copre un'area più ampia. Mentre alcuni impulsi saranno direttamente al nadir, la maggior parte degli impulsi si muove ad angolo (off-nadir). Quando un sistema LiDAR calcola l'elevazione, deve tenere conto dell'angolo.
Numero di impulsi
Immagina di camminare in una foresta. Alzi lo sguardo. Se riesci a vedere la luce, significa che anche gli impulsi LiDAR possono passare. Inoltre, questo significa che LiDAR può colpire anche la Terra nuda o la vegetazione bassa.
Una quantità significativa di energia LIDAR può penetrare nella chioma forestale proprio come la luce del sole.
Ma LiDAR non colpirà necessariamente solo la terra nuda. In un'area boschiva, può riflettere diverse parti della foresta fino a quando l'impulso non tocca il suolo:
Usando un LiDAR per ottenere punti di terra nudi, non stai facendo i raggi x attraverso la vegetazione. Stai davvero guardando attraverso le fessure delle foglie. LiDAR raccoglie un numero enorme di punti.
In una foresta, l'impulso laser passa attraverso. Riceviamo riflessi da diverse parti della foresta: 1°, 2°, 3° ritorno fino a quando non colpisce finalmente il terreno scoperto.
Se non ci sono alberi nel percorso, colpirà semplicemente la superficie.
A volte un impulso di luce non riflette una sola cosa. Come nel caso degli alberi, un impulso di luce potrebbe avere ritorni multipli. I sistemi LiDAR possono registrare le informazioni partendo dalla parte superiore dell'albero attraverso la vegetazione fino a terra.
Ciò rende LiDAR estremamente prezioso per la comprensione della struttura forestale e della forma degli alberi.
Modelli di elevazione digitale
Come si costruisce un modello di elevazione digitale da LiDAR?
I modelli di elevazione digitale sono modelli di terra nuda (topologia) della superficie terrestre. È possibile derivare modelli di elevazione digitale (o modelli di terreno digitale) utilizzando gli echi a terra di LiDAR. Gli echi a terra sono l'ultimo ritorno del LiDAR.
A volte l'ultimo ritorno non può nemmeno arrivare al nudo terreno. Ma per LiDAR, questo è più raro di quanto pensi.
Quali sono echi a terra? Ci sono modi per filtrare i punti LiDAR. Prendete gli echi a terra (solo topologia) che indicano gli ultimi ritorni da LiDAR.
Filtra i punti di riferimento dell'ultimo ritorno. Quindi, interpolare i punti. Infine, crea il tuo DEM.
Con un DEM, è possibile generare prodotti come la pendenza (salita o discesa espressa in gradi o percentuale), l'aspetto (direzione della pendenza) e le mappe in rilievo (ombreggiato considerando l'angolo di illuminazione).
Canopy Height Model (CHM)
Il rilevamento e la misurazione della luce consentono di ottenere informazioni molto accurate sulla superficie del terreno.
Possiamo anche ottenere informazioni molto accurate su ciò che si trova sopra al terreno con un Digital Surface Model (DSM).
I modelli di altezza della vegetazione forniscono l'altezza reale delle caratteristiche topologiche sul terreno.
Quindi, come si ottiene la vera altezza delle caratteristiche sulla Terra?
Prendi il primo ritorno includendo la topologia (albero, edificio). Sottrai l'ultimo ritorno che sono gli echi al suolo (terra nuda).
Intensità luminosa
La forza degli echi di ritorno del LIDAR varia con la composizione dell'oggetto superficie che riflette il ritorno. Le percentuali riflettenti sono indicate come intensità LiDAR.
Una serie di fattori influenzano l'intensità della luce: Gamma, angolo incidente, raggio, ricevitore e composizione della superficie (specialmente) influenzano l'intensità della luce. Quando l'impulso è inclinato più lontano, l'energia di ritorno diminuisce.
L'intensità della luce è particolarmente utile per distinguere le caratteristiche nell'uso del suolo / copertura. Ad esempio, le superfici impermeabili si distinguono nelle immagini a intensità luminosa. La segmentazione della classificazione delle immagini basata su oggetti può separare queste caratteristiche utilizzando i valori di intensità della luce.
Classificazione dei punti
I dati LiDAR possono essere già classificati dal fornitore con una classificazione punti. I codici sono generati dall'impulso laser riflesso in modo semiautomatico.
Non tutti i fornitori aggiungono questo campo di classificazione LAS. In realtà, di solito è concordato in anticipo nel contratto.
L'American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS) ha definito un elenco di codici di classificazione per LiDAR. Ad esempio, le classi includono terra, vegetazione (bassa, media e alta), costruzione, acqua, non assegnata, ecc.
La classificazione dei punti può rientrare in più di una categoria.