Curs 6 Teledetectie

Teledetecţie Curs 6 – Laser scaner aeropurtat

44

CURS 6

LASER SCANER AEROPURTAT

6.1 Introducere

Laser scanerul aeropurtat (engl. Airborne Laser Scanner – ALS) respectiv LiDAR

aeropurtat, este un sistem activ de teledetecţie utilizat într-o mare varietate de domenii

(topografie, hidrografie, arhitectură, arheologie, exploatări petroliere, industria minieră sau

silvicultură) de peste un deceniu. Unul dintre avantajele Laser Scanerului Aeropurtat (LSA) în

comparaţie cu fotogrammetria aeriană sau cu datele optice satelitare de mare rezoluţie, este

preluarea datelor tridimensionale (3D) cu o precizie ridicată, prin metoda coordonatelor polare

(unghiuri şi distanţe inclinate) pentru obţinerea geometriei suprafeţei terenului.

Primul sistem laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation sau

amplification de la lumière par stimulation du rayonnement émis) a apărut în perioada anilor

1960 atunci când cercetătorul german Theodore Maiman a descoperit că lungimile de undă ale

radiaţiei luminoase se pot separa şi concentra.

Această tehnologie a început în anii 1970-1980 în Canada şi USA. Iniţial

experimentările au început cu un laser ce opera în infraroşu apropiat, în modul impuls. Ȋn

prezent, se utilizează laserul cu unde continue prin măsurarea fazelor.

Laser scanerul aeropurtat furnizează informaţii geometrice privind:

Distanţele de la senzor la punctele din spaţiul obiect;

Poziţiile succesive pe itinerariul de zbor al platformei;

Unghiurile orientării exterioare a senzorului;

Coordonatele punctelor teren.

Sistemul laser de baleiaj utilizează radiaţie electromagnetică în intervalul de bandă

definit de =1,040m şi =1,064m (banda infraroşu apropiat). Pentru obţinerea de date

referitoare la topografia terenului, sistemul laser trimite pulsuri de radiaţie electromagnetică spre

spaţiul obiect care interacţionează cu suprafaţa de incidenţă, iar partea retroreflectată a

semnalului este recepţionată de LSA.

Pentru obţinerea de date referitoarea la batimetrie, intervalul de undă utilizat este centrat

pe med=0,532m (benzile albastru şi verde, benzi în care undele laser au capacitatea de a penetra

apa).

Cele mai multe dintre sisteme, înregistrează, pe lângă distanţa înclinată şi informaţii

privind intensitatea semnalului înregistrat, sau amplitudinea acestuia. Frecvenţa de măsurare este

cuprinsă între 2kHz, putând ajunge până la 80kHz.

Intensitatea reflexiei impulsului laser este influenţată de atmosferă, distanţă, de unghiul

de incidenţă şi de suprafaţa de reflexie a fascicolului laser.

Scanerul laser măsoară suprafaţa vizibilă a suprafeţei topografice sau a obiectelor situate

pe aceasta: copaci, clădiri, drumuri, poduri, etc., elemente care reflectă pulsul incident. Totuşi

radiaţia incidentă, pătrunde parţial prin vegetaţie până la suprafaţa terenului. Procentul care ajunge

la vegetaţie în zonele împădurite de conifere şi foiase în pădurile din Europa este de 20%-40%

vara şi ajunge până la 70% iarna. Binenţeles că unele tipuri de vegetaţie, cum ar fi pădurile dense

tropicale, nu permit semnalului incident să ajungă la sol.


45

Dacă primele sisteme înregistrau doar o reflexie pe puls sau prima şi ultima reflexie, cele

mai noi au posibilitatea de a înregistra până la 5 reflexii. Numărul de reflexii şi ordinea (de

exemplu 1 din 2, 1 din 1 sau 2 din 4) oferă informaţii importante pentru clasificarea punctelor

LSA; de exemplu orice reflexie de mijloc este foarte puţin probabil să reprezinte terenul iar

reflexiile multiple reprezintă în general vegetaţia şi nu clădiri sau alte obiecte. Procesul de

clasificare a datelor LSA se face în general pentru a obţine un set de puncte care să reprezinte

MDSR. Punctele care rămân neclasificate sunt de obicei mutate în clasa “neclasificat” cu numărul

1.

prima reflexie

a doua reflexie

a treia reflexie

a patra reflexie

a cincea reflexie

Înã

lþim

e (

m)

Amplitudine

Imp

uls

la

se

r

Figura 6.1 – Reflexii multiple ale aceluiaşi impuls electromagnetic

Seturile de date LSA care constau în sute de milioane de puncte pot fi stocate în

numeroase formate, cele mai des întâlnite fiind formatul *.xyz şi formatul *.las. Formatul LAS a

fost introdus de Societatea Americană de Fotogrammetrie şi Teledetecţie (engl. American

Society for Photogrammetry and Remote Sensing –ASPRS) pentru standardizare. Fişierul de tip

LAS conţine următoarele informaţii cu privire la fiecare punct măsurat: coordonatele fiecărui

punct LSA (X, Y, Z), intensitatea impulsului laser, numărul reflexiei, numărul total de reflexii

pentru un impuls, direcţia oglinzii de baleiaj, un cod pentru marginea liniei de baleiaj (valoarea 1

pentru punctul situat la marginea liniei de baleiaj şi 0 în caz contrar), atributul “clasă” a unui

punct LSA, unghiul de scanare, timpul GNSS. În total există 31 de clase diferite (de exemplu

clasa 6 pentru clădiri), dintre care 2 clase sunt rezervate pentru ASPRS (tabelul 6.1).

Tabelul 6.1 – Clasele de acoperire ale terenului în care sunt împărţite datele LSA

0 Niciodată clasificat 9 Apă

1 Neclasificat 10 Rezervat ASPRS

2 Teren 11 Rezervat ASPRS

3 Vegetaţie joasă 12 Acoperire (“Overlap”)

4 Vegetaţie medie 13 Nedefinit

5 Vegetaţie înaltă 14 Nedefinit

6 Clădire 15 Nedefinit

7 Zgomot .. ......

8 “Model Key Point” 31 Nedefinit

Descoperirea recentă în materie de sisteme LSA sunt aşa numitele sisteme FWD (engl.

Full Waveform Digitizing). Aceste sisteme furnizează o descriere mult mai detaliată a structurii

obiectelor, efectuează măsurători de distanţe mult mai precise şi permit extragerea unor

informaţii suplimentare mult mai detaliate asupra semnalului prin descompunerea acestuia într-o

serie de reflexii, de exemplu “lăţimea” reflexiei, exprimată în nano secunde sau amplitudinea.


46

Dintre aplicaţiile acestor sisteme se numără: analiza structurii coroanei copacilor, vegetaţiei de la

sol, detectarea discontinuităţilor şi a liniilor de schimbare de pantă, etc. În comparaţie cu

sistemele LSA convenţionale, sistemele FWD eşantionează informaţia impulsului reflectat şi o

stochează pentru post-procesare, în acest fel fiind înregistrate mai multe reflexii ale aceluiaşi

impuls electromagnetic [Mallet şi Bretar, 2009; Roncat et al., 2011; Wagner et al., 2006]. Acest

lucru face ca această tehnică de măsurare să fie preferată pentru zone împădurite dense cum ar fi

păduri de foioase neadministrate, sau păduri tropicale care au o stuctură foarte complexă.

6.2 Componentele unui sistem laser scaner-aeropurtat

Sistemul aeropurtat LSA este format din trei componente de bază şi anume: sistemul de

scanare laser, sistemul GNSS şi Sistemul Inerţial de Navigaţie (Inertial Navigation System), la

care pot fi adăugate şi alte moduri de colectare a datelor teren precum camere digitale

fotogrammetrice etc.

Figura 6.2 – Componentele de bază ale unui sistem LSA

Orice obiect aflat în mişcare are şase grade de libertate. Trei liniare, care dau poziţia

obiectului şi trei unghiulare, K, Ф şi Ω care specifică orientarea în spaţiul 3D a obiectului. Dacă

se cunosc aceste şase grade de libertate putem aprecia unde se află şi încotro se îndreaptă

obiectul respectiv. Atunci când cunoaştem aceste elemente pentru o perioadă mai lungă de timp,

putem determina traiectoria pe care se mişcă obiectul.

Sistemul INS este alcătuit din:

Unitatea de Măsură Inerţială (Inertial Measurement Unit-IMU) sau Unitatea de

Referinţă Inerţială (Inertial Reference Unit-IRU),

un computer de navigaţie şi

un ceas.

Sistemul IMU constă dintr-un set de trei giroscoape şi trei accelerometre ce măsoară în

mod continuu vitezele şi acceleraţiile platformei, în serii de timp, din care se determină

unghiurile de înclinare ale ale vehiculului pe care sau în care este montat sistemul IMU.

Se numeşte giroscop corpul simetric care se roteşte cu o viteză mare în jurul axei sale de

simetrie (axa proprie de rotaţie sau axa principală) şi este suspendat astfel încât această axă poate

ocupa orice poziţie în spaţiu.

Giroscoapele sunt instrumente care înregistrează variaţiile unghiulare şi sunt utilizate

pentru a da orientarea unui obiect (unghiurile de înclinare transversală, de înclinare longitudinală

şi de rotaţie în jurul axei verticale).

Accelerometrele înregistrează acceleraţiile de-a lungul unei axe şi nu pot măsura

acceleraţiile gravitaţionale. Axa principala a unui senzor inerţial defineşte care componentă a

vectorului se măsoară.


47

Într-un sistem inerţial de navigaţie tipic, se regăsesc trei accelerometre (măsoară

acceleraţiile), montate după trei axe ortogonale, trei giroscoape (măsoară viteza de rotaţie),

montate de asemenea după aceleaşi axe ortogonale şi partea electronică, un procesor de navigaţie

(NP-Navigation processor), care să preia şi să integreze semnalele furnizate de acestea la o

interfaţă serială. Accelerometrele şi giroscoapele, sunt montate într-o bază comună pentru a

păstra aceeaşi orientare relativă. Utilizând această configuraţie, se obţin trei componente ale

acceleraţiei care pot fi însumate vectorial. Prin combinarea informaţiilor date de giroscop cu

privire la orientare şi vectorul sumă al acceleraţiei, se obţine acceleraţia totală a sistemului IMU

în 3D. La fiecare interval de timp a ceasului sistemului, computerul de navigaţie integrează

această valoare pentru a obţine vectorul vitezei. Acesta, la rândul lui este integrat în timp

furnizând vectorul de poziţie. Pe tot parcursul procesului de navigaţie, aceşti paşi sunt reiteraţi în

mod continuu.

Sistemele de navigaţie inerţiale se pot clasifica în două categorii: sisteme de navigaţie

inerţiale montate pe o platformă stabilă şi sisteme de navigaţie inerţiale Strapdown– (figura 6.1).

În cazul unităţilor de navigaţie inerţiale montate pe o platformă stabilă, senzorii sunt

montaţi pe o platformă care este izolată de orice mişcare de rotaţie externă, poziţia acesteia

ramânând constantă în spaţiu în timpul mişcării sistemului, având o orientare impusă şi fiind

aliniată la sistemul de referinţă global. Giroscoapele de pe platforma stabilă sunt utilizate pentru

a înregistra orice rotaţie a platformei şi rezultatele acestora sunt folosite în definirea semnalului

de control al platformei astfel încât aceasta să rămână stabilă, cu alte cuvinte giroscoapele sunt

utilizate pentru stabilizarea platformei. Aceste sisteme sunt foarte precise deoarece senzorii pot fi

proiectaţi pentru măsurători foarte precise în domenii de variaţie mici.

Pivoti

Platforma

stabila

Inele ce definesc

axele cardanice

Accelerometre

Giroscoape

Senzori montati

-3 accelerometre-3 giroscoape

Montati in pozitie

fixa si atasate

platformei sau

camerei de preluare

Figura 6.3 – Sisteme IMU, (a) giroscopul cu axe cardanice şi (b) motajul “strapown”

Sistemul GNSS (Global Navigation Satellite System) este reprezentat din două

componente şi anume: o componentă formată dintr-un receptor GNSS montat pe platforma

aeropurtată (avion, elicopter) care realizează zborul, pentru a înregistra, în serii de timp, poziţia

acesteia şi mai multe staţii GNSS la sol, amplasate în teren astfel încât să cuprindă zona de

lucru, (dintre care o staţie trebuie să fie permanentă).

6.3 Geometria scanării laser

Cele mai multe dintre sisteme operează la altitudini mai mici de 1000 m, iar unghiul de

câmp este de cele mai multe ori, chiar mai mic de 200.

Radiaţia emisă de un laser într-o direcţie dată, este dispersată într-un con cu un unghi de

divergenţă definit, notat cu γ. Unghiul de divergenţă, se poate măsura dacă se determină raza

amprentei fasciculului laser pe un ecran situat la diferite distanţe faţă de capătul laserului.


48

Figura 6.4 – Unghiul de divergenţă al fasciculului laser

Unghiul de câmp Ψ este cuprins între 14°- 60°

Unghiul de scanare θ (= Ψ /2) (până la 30°)

Lăţimea benzii baleiate:

2 tan2

bL h

Diametrul amprentei la sol a fasciculului laser

2cos ( )a

inst

hD

0 2inst

, /inst

Figura 6.5 – Geometria scanării laser

De exemplu, dacă diametrul senzorului este Ds=0.1 cm, divergenţa fasciculului laser

este γ=0.25 mrad şi altitudinea de zbor este 1000 m, amprenta la sol a fasciculului laser are

diametrul 25 cm.

6.4 Principiul măsurării cu sistemul LSA

Fasciculul laser orientat sub azimutul θ (faţă de direcţia de referinţă OX) şi unghiul de

baleiaj , măsoară distanţa înclinată R. Coordonatele punctului P în sistemul teren se calculează

astfel:

Figura 6.6 – Principiul determinării coordonatelor

teren cu sistemul LiDAR aeropurtat (LSA)

Se consideră:

- xf, yf, zf sistemul de

coordonate al fasciculului laser;

- xL, yL, zL sistemul de

coordonate al unităţii laser (planul

imaginii proiectate);

- XP, YP, ZP sistemul de

coordonate teren.


49

Se calculează coordonatele punctului din spatiul obiect în planul imaginii laser PL cu

relaţiile (6.1) apoi se calculează coordonatele teren ale punctului teren.

sin

sincos

coscos

R

R

R

z

yx

L

L

L

(6.1)

unde unghiurile şi θ reprezintă orientarea fascicului de baleiaj al LSA în sistemul imaginii

laserului.

Se măsoară coordonatele originii O cu sisteme GNSS şi unghiurile de înclinare ale

sistemului de preluare K, şi .

Coordonatele relative ale punctului P în sistemul teren în funcţie de coordonatele

imagine LSA sunt date de relațiile:

( , , )

'

'

'

LP

P K L

PL

GNSS

O

O

O

X xXyY Y R

Z zZ

(6.2)

unde R(K,Φ,Ω) reprezintă matricea de rotaţie calculată pe baza înregistrărilor IMU, iar XO’, YO’ ,

ZO’ reprezintă coordonatele măsurate cu sistemul GNSS reduse la originea unităţii IMU, prin

rezolvarea triunghiului de poziţie (poziţia scanerului, unităţii IMU şi antenei GNSS).

6.4.1 Modul de lucru la măsurarea distanţelor

LSA poate funcţiona în sistem pulsuri sau cu unde continue pentru măsurarea distanţei

înclinate. În primul mod de lucru, cu pulsuri de radiaţie electromagnetică, sunt înregistrate

diferenţele de timp dintre pulsurile laser trimise de sistemul de măsurare montat pe platforma

aeropurtată (avion, elicopter etc.) şi pulsurile retroreflectate de suprafaţa de incidenţă,

recepţionate de LSA.

6.4.1.1 Principiul măsurării timpului dintre pulsurile laser transmise şi cele recepţionate

Este întâlnit în literatura de specialitate sub denumirea de time-of-flight (TOF) sau

laser pulsed. În acest caz, distanţa de la instrument la obiect este determinată în funcţie de

timpul de parcurgere al acesteia sau timpul între emitere și recepţie a undei laser. În principiu, o

dioda emite un impuls laser cu o frecvenţă cunoscută către un obiect din teren. Această undă este

reflectată difuz de pe suprafaţa obiectului și – o parte din ea – se întoarce la receptor. Pentru

fiecare impuls este măsurat timpul dintre emitere și recepţie.

Distanţa rezultată combinată măsurătorile de unghiuri (ale oglinzilor, prismelor, axelor

motoarelor) oferă posibilitatea determinării poziţiei 3D a punctului de intersecţie dintre raza laser

şi suprafaţa măsurată.

Trăsăturile principale ale senzorului Laser Pulsed - metoda: măsurarea timpului (time of flight);

- lungime de undă în domeniul infraroşu;

- diodă pulsatoare ca transmiţător laser;

- receptor optic senzitiv;

- detector de semnal pentru pulsuri multiple;

- microprocesor pentru postprocesare;

- interfaţă;

- mecanism de scanare optico-mecanic corespunzător


50

Avantaje: - mărime redusă;

- fiabilitate sporită;

- imunitate ridicată la interferenţe;

- precizie ridicată;

- domeniu mare de măsurare;

- culegerea rapidă a datelor;

- raza laser puternic colimată;

- raport performanţă/preţ excelent

Influenţe asupra domeniului de măsurare Reducerea razei de acţiune poate fi cauzată de:

strălucirea puternică a luminii zilei;

vizibilitate proastă;

praf sau murdărie pe lentil

Modul de lucru la măsurarea distanţelor

Un generator de puls electric acţionează asupra unei diode laser care emite pulsuri de

lumină infraroşii, ce sunt strânse într-un fascicul paralel prin intermediul unor lentile. Prin

lentilele receptoare, o parte din semnalul rezultat reflectat de ţintă loveşte (atinge) o fotodiodă

care generează un semnal electric receptat. Intervalul de timp între transmiterea şi recepţia

pulsului luminos este contorizat prin intermediul unui stabilizator de frecvenţă cu quarţ.

Valoarea calculată a razei de acţiune (a intervalului) este preluată de un microcomputer

intern care procesează datele măsurate şi le afişează pe display ca date de ieşire.

Pentru modul de lucru cu impulsuri de REM, distanţa se calculează cu relaţia:

unde:

R – distanţa înclinată între emiţător şi spaţiul obiect;

co - este viteza luminii în vid (299 792 458 m/s);

tp - timpul de propagare a pulsului luminos (pe traseul dus – întors).

Micro-Computer

Unitate de masurare

a timpului

Dioda Laser

Fotodioda Receptor

Lentile pentru

transmiterea impulsului

Lentile pentru

receptia impulsului

Reflector

(obiect)Afisarea

datelor

Transmiterea

datelor

Figura 6.7 – Principiul de măsurare al senzorului laser (metoda time of flight)

Rezoluţia în distanţă este proporţională cu rezoluţia timpului de propagare şi poate fi

derivată astfel:


51

Distanţa maximă este:

Precizia de determinare a distanţei:

N

S

tc

puls

o

R

2

6.4.1.2 Principiul măsurării diferenţei de fază

Este întâlnit și sub denumirea de phase difference sau phase comparison. Această

metodă este întâlnită și la o serie de staţii totale.

Din punctul de vedere al unui utilizator, această metodă nu este foarte diferită de cea

prezentată anterior. Diferenţa constă într-o analiză mai complicată a semnalului receptat,

rezultatul acesteia reflectându-se în criteriul de precizie al măsurătorilor.

În principiu, distanţa de la instrument (emiţător) la obiect este determinată în funcţie de

diferenţa de fază între semnalul emis şi cel recepţionat (figura 6.8).

Distanţa rezultată combinată cu măsurătorile de unghiuri (ale oglinzilor, prismelor, axelor

motoarelor) oferă posibilitatea determinării poziţiei 3D a punctului de intersecţie dintre raza laser

şi suprafaţa investigată.

Figura 6.8 – Principiul de măsurare cu unde continue a distanţei înclinate (principiul

diferenţei de fază). At şi Ar sunt amplitudinile de transmisie şi recepţie.

Timpul de propagare dedus prin diferenţa de fază este:

TT

tt p

p

2

2

.

Pentru laserul care funcţionează cu unde continue timpul de propagare tp este direct

proporţional cu diferenţa de fază Φ şi se calculează cu relaţia:

nTT

t p

2

unde n reprezintă numărul întreg de lungimi de undă incluse în distanţa de la

transmiţător la receptor.

În ecuaţiile următoare contribuţia perioadelor şi a lungimilor de undă complete în timpul

de propagare va fi ignorat. Perioada T este invers proporţională cu frecvenţa f şi timpul de

propagare este dat de relaţia:

ft p

1

2


52

Dacă se măsoară diferenţa de fază, distanţa înclinată se calculează astfel:

f

cR

4

1

în mod analog rezoluţia în distanţă este calculată cu relaţia:

f

cR

4

1

Ecuaţia de mai sus arată că prin creşterea frecvenţei se poate obţine o rezoluţie în

distanţă (ΔR) mai bună.

Pentru laserul care funcţionează cu unde continue diferenţa maximă de fază măsurabilă

este de 360o. Pentru unghiuri mai mari de 360

o se utilizează module de 2π ale diferenţei de fază

Totuşi, observând ecuaţia distanţei înclinate, maximum acesteia calculate pe baza diferenţei de

fază neambigue pentru Φmax = 2π este:

24

1

4

1max

f

cR

unde λ este lungimea de undă a semnalului.

Frecvenţa f sau lungimea de undă λ definesc domeniul maxim (distanţa) Rmax, care este

egală cu λ/2 pentru domeniul parcurs dus-întors şi rezoluţia domeniului Δs.

Pentru o rezoluţie de fază cunoscută (Δθ), rezoluţia domeniului se calculează cu relaţia:

2

S

Relaţia de mai sus relevă faptul că rezoluţia domeniului poate fi îmbunătăţită prin

utilizarea de semnale cu lungime de undă scurte, în condiţiile păstrării constante a rezoluţiei

fazei. În aceste condiţii, atingerea unei rezoluţii înalte pentru distanţă este posibilă numai în

condiţiile utilizării a mai multor semnale modulate, cu frecvenţe diferite. O astfel de metodă este

cunoscută sub denumirea de frecvenţe multiple. În acest caz, frecvenţa cea mai înaltă determină

rezoluţia şi acurateţea (precizia) iar frecvenţa cea mai joasă defineşte distanţa.

Precizia este determinată cu relaţia:

N

SR

1

4

unde: S/N = oruluiamplificat si fotodiodeia termiczgomotuluiputerea

curentefotodiodeisemnaluluiputerea (SNR signal-to-noise ratio)

Principiul metodei poate fi uşor realizat utilizând o diodă laser semiconductor, datorită

faptului că lumina poate fi direct modulată. Datorită lărgimii înalte a benzii realizată de dioda

laser este posibilă realizarea unei frecvenţe înalte, mai mare de 10 Hz. Pornind de la aceste

ultime considerente, se poate menţiona că metoda este aplicabilă la sistemele de măsurare

(scanare) în domeniul apropiat.

Pornind de la considerentele teoretice, pur fizice, se poate afirma că prin intermediul

acestei metode modulul receptor recuperează intensitatea luminii laser difuze reflectate şi o

detectează fără radiaţiile disturbatoare ale mediului reflectant. Aceasta înseamnă că semnalul

reflectat nu este influenţat, de exemplu, de lumina solară sau de alte surse externe de lumină.

6.4.2 Densitatea punctelor LSA

Prin densitatea punctelor LSA se înţelege numărul de puncte per unitate de suprafaţă (în

cazul mai multor reflexii doar ultima reflexie ar trebui să fie luată în considerare).


45

Unităţile de suprafaţă sunt pătrate cu latura s (ex. s =5m).

Latura s trebuie aleasă astfel încât să existe suficiente puncte în interior.

Figura 6.9 – Densitatea punctelor LSA

Densitatea punctelor măsurate este cuprinsă între 1 punct/mp şi 20 puncte/mp şi depinde

de următorii parametri:

viteza platformei;

rata impulsurilor;

unghiul de câmp al sistemului de scanare;

altitudinea de zbor;

iregularităţile itinerariului de zbor;

structura suprafeţei topografice înregistrate.

Desitatea punctelor LSA se poate calcula cu formula:

. sec

sec2 tan

2b

nr puncte per undă PRF PRFDP

aria per undă L vh v

(6.3)

unde: PRF (Pulse Repetition Frequency) – numărul de impulsuri emise într-o secundă;

h – înălţimea de zbor;

Ψ – unghiul de câmp;

v – viteza de zbor a platformei.

6.5 Clasificarea laser-scanerelor aeropurtate

În funcţie de modul de lucru sistemele laser pot fi:

• laser- cu fascicul vertical sau unidirecţional, utilizat la înregistrarea profilelor, (APR -

Airborne Profile Recorder);

• laser-scanerul bidirecţional sau de baleiaj care scanează o bandă în spaţiul obiect.

Modul de baleiaj utilizat de laser-scaner poate fi:

cu oglindă oscilantă;

cu oglindă poligonală de rotaţie;

cu oglindă de rotaţie;

cu fibre optice.


46

Figura 6.10 – Diferite moduri de baleiaj ale laser scanerului aeropurtat

6.6 Surse de erori ale datelor LSA

Diferitele componente ale sistemului LSA, măsoară cu precizii diferite. De exemplu,

precizia de măsurare a distanţei este de 1-5 cm, precizia sistemului GNSS este de 2-5 cm,

precizia de măsurare a unghiului de scanare este de 0.010, precizia sistemului INS de măsurare a

unghiurilor de înclinare în jurul axelor x, respectiv y, este de 0.005o şi de 0.008

o pentru unghiul

de rotaţie în jurul axei z (K), divergenţa fascicolului laser fiind între 0.25 – 5 mrad. Totuşi,

precizia planimetrică a coordonatelor finale este între 15-70 cm şi cea verticală între 5-20 cm.

Precizia finală a coordonatelor teren depinde de mai mulţi factori printre care:

capacitatea sistemului de a înregistra aceeaşi poziţie relativă pentru pulsurile emise şi

recepţionate;

precizia de poziţionare care depinde de calitatea prelucrărilor datelor GNSS, de softul

sistemului GNSS, de constelaţia sateliţilor GNSS, de sistemul INS, de precizia de

determinare a staţiilor GPS la sol, de sincronizarea înregistrărilor GNSS -INS, de precizia

de direcţionare a razei laser, etc.;

precizia de determinare a altitudinii platformei care este în funcţie de calitatea sistemului

INS, de frecvenţa sa, de metoda de post-prelucrare şi de integrarea în datele GNSS;

de calitatea sincronizării sistemelor de la bord, GNSS, INS etc.;

condiţiile din spaţiul obiect (unghiul de incidenţă, reflectivitatea suprafeţei, proprietăţile

fizice ale suprafeţei sau condiţiile atmosferei).

precizia depinde de asemenea de precizia transformărilor din sistemul WGS-84 în

sistemul naţional precum şi de ondulaţiile geoidului.

6.7 Softuri pentru prelucrarea datelor LSA

Printre softurile existente pentru prelucrarea datelor LSA se numără:

Leica Geosystems: Wave Viewer (vizualizarea şi procesarea datelor);

Optech: Digitizer Data Retrieval (vizualizarea şi procesarea datelor);

QT Viewer (Universitatea Johns Hopkins, laboratorul de fizică aplicată-vizualizarea

datelor);

Fugro Viewer (vizualizarea datelor);

Terra solid: TerraScan (vizualizarea datelor şi analize limitate);

FullAnalyze: program “open source” pentru cercetare - http://code.google.com/p/

fullanalyze (vizualizarea datelor şi analize limitate);

OPALS (engl. Orientation and Processing of Airborne Laser Scanning data-Universitatea

Tehnică din Viena -procesarea şi analiza datelor);

WebWave: soft pentru cercetare (Universitatea Ohio din Statele Unite ale Americii);

Curs 6 Teledetectie

Documents

Transcript of Curs 6 Teledetectie