Teledetecţie
Cur s 6 – L ase aser scaner caner aer aer opur tat
CURS 6 LASER SCANER AEROPURTAT 6.1 Introducere L ase aser scaneru scaneru l aeropur tat (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 geometriei suprafeţei terenului. terenului. (unghiuri şi distanţe inclinate) pentru obţinerea geometriei 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 încep ut 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 utilizează laserul cu unde continue prin măsurarea fazelor. fazelor. Laser scanerul aeropurtat furnizează informaţi i 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 =1,040 m şi =1,064 m (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, înregistrat, sau amplitudinea acestuia. Frecvenţa de măsurare măsurare este cuprinsă între 2kHz, putând 2kHz, putând ajunge până la 80kHz. 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. 44
Teledetecţie
Cur s 6 – L aser scaner aer opur tat
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. r e s a l s l u p m I prima reflexie a doua reflexie
) m ( e m i þ l ã n Î
a treia reflexie a patra reflexie
a cincea reflexie Amplitudine
F igur a 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 R emote 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 ). Tabelu l 6.1 – Clasele de acoperire ale terenului în care sunt împărţite datele LSA
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Niciodată clasificat Neclasificat Teren Vegetaţie joasă Vegetaţie medie Vegetaţie înaltă Clădire Zgomot “ Model Key Point ”
9 10 11 12 13 14 15 .. 31
Apă Rezervat ASPRS Rezervat ASPRS Acoperire (“Overlap”) Nedefinit Nedefinit Nedefinit ...... Nedefinit
Descoperir ea 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 u nor 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. 45
Teledetecţie
Cur s 6 – L aser scaner aer opur tat
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; Ro ncat et al., 2011; Wagner et al., 2006]. Acest lucru face ca această tehnică de măsurare să fie preferată pentru zone împădurite dense c um 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 GNS S 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.
F igur a 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 I NS 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. 46
Teledetecţie
Cur s 6 – L aser scaner aer opur tat
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 vector ul 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– (fi gura 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 s ă r ămână 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
Senzori montati -3 accelerometre -3 giroscoape
Platforma stabila
Giroscoape Accelerometre Montati in pozitie fixa si atasate platformei sau camerei de preluare
Inele ce definesc axele cardanice
F igur a 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 aeropurt ată (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. 47
Teledetecţie
Cur s 6 – L aser scaner aer opur tat
F igur a 6.4 – Unghiul de divergenţă al fasciculului laser
Un ghi ul de câmp Ψ este cuprins între 14°- 60° Un ghiu l de scanar e θ (= Ψ /2) ( până la 30°) Lăţimea benzii baleiate:
Lb 2h tan
2
Di ametr ul amprentei la sol a f asciculu lu i l aser h
Da
cos 2 ( inst )
inst 0 , / 2 inst
F igur a 6.5 – Geometria scanării laser
De exemplu, dacă diametrul senzorului este Ds=0.1 cm, divergenţa fascic ulului laser este γ=0.25 mrad şi altitudinea de zbor este 1000 m, amprenta la sol a fascic ulului 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 , măsoar ă distanţa înclinată R . Coordonatele punctului P în sistemul teren se calculează astfel:
Se consider ă: - x f , y f , z f sistemul de coordonate al fasciculului laser; x L , y L , z L sistemul de coordonate al unit ăţii laser (planul imaginii proiectate); X P , Y P , Z P sistemul de coordonate teren.
F igur a 6.6 – Principiul determinării coordonatelor teren cu sistemul LiDAR aeropurtat (LSA)
48
Teledetecţie
Cur s 6 – L aser scaner aer opur tat
Se calculează coordonatele punctului din spatiul obiect în planul imaginii laser P L cu relaţiile (6.1) apoi se calculeaz ă coordonatele teren ale punctului teren. x L R cos cos y L R cos si n z R si n 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 GNS S 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 relaț iile: x X X O ' (6.2) Y O' R y Y Z z Z O ' L
P
( K , , )
P
P
L
L
GNSS
unde R(K,Φ ,Ω ) reprezintă matricea de rotaţie calculată pe baza înregistrărilor IMU, iar X O ,’ Y O’ , Z O’ reprezintă coordonatele măsurate cu sistemul G NSS reduse la or iginea unităţii IMU, prin rezolvarea triunghiului de poziţie (poziţia scanerului, unităţii IMU şi antenei G NSS). 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 motoar elor) 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 49
Teledetecţie
Cur s 6 – L aser scaner aer opur tat
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 e mite 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, d istanţa 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). Lentile pentru transmiterea impulsului
Afisarea datelor Transmiterea datelor
Reflector (obiect)
Dioda Laser MicroComputer
Unitate de masurare a timpului Fotodioda Receptor Lentile pentru receptia impulsulu i
F igur a 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:
50
Teledetecţie
Cur s 6 – L aser scaner aer opur tat
Distanţa maximă este:
co
Precizia de determinare a distanţei: R
t puls
2
S N
6.4.1.2 Principiul măsurării diferenţei de fază
Este întâlnit și sub denumirea de phase difference sau phase compar ison . 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 ( fi gura 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.
F igur a 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: T 2
T . t p 2 t p
Pentru laserul care funcţionează cu unde continue timpul de propag are t p este direct proporţional cu diferenţa de fază Φ şi se calculează cu relaţia:
t p
T 2
nT
unde n reprezintă numărul întreg de lungimi de undă incluse în distanţa de la transmiţător la receptor. În ecuaţiile următoare contribuţia per ioadelor 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: p
t
51
1 2 f
Teledetecţie
Cur s 6 – L aser scaner aer opur tat
Dacă se măsoară diferenţa de fază, distanţa înclinată se calculează astfel: 1 c
R
4 f
în mod analog rezoluţia în distanţă este calculată cu relaţia: 1 c
R
4 f
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 p e baza diferenţei de fază neambigue pentru Φmax = 2π este:
R
max
1 c 4 f
1 4
2
unde λ este lungimea de undă a semnalului. Frecvenţa f sau lungimea de undă λ definesc domeniul maxim (distanţa) R max, 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: S
2
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: R
4
1 S N
unde:
S/N =
puterea
semnalului fotodiodei
curente
puterea zgomotului termic a fotodiodei si amplificat orului
(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 tr ebui să fie luată în considerar e). 52
Teledetecţie
Cur s 6 – L aser scaner aer opur tat
Unităţile de suprafaţă sunt pătrate cu latura s (ex. s =5m). Latura s trebuie aleasă astfel încât să exist e suficiente puncte în interior.
F igur a 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: DP
nr. puncte per sec und ă aria per sec und ă
PRF Lb v
PRF
2h tan
v 2
(6.3)
unde: PRF (Pulse R epetition 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 R ecorder); 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. 45
Teledetecţie
Cur s 6 – L aser scaner aer opur tat
F igur a 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 0.01 0, precizia sistemului INS de măsurare a unghiurilor de înclinare în jurul axelor x, respectiv y, este de 0.005 o şi de 0.008o 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 pr intre care: capacitatea sistemului de a înregistra aceeaşi poziţie relativă pentru pulsurile emise şi recepţionate; precizia de poziţionare care depinde de calitatea prelucrărilor datelor G NSS, de softul sistemului GNSS, de constelaţia sateliţilor G NSS, de sistemul INS, de precizia de determinare a staţiilor GPS la sol, de sincronizarea înregistrărilor G NSS -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 -prelucrar e şi de integrarea în datele GNSS; de calitatea sincron izării sistemelor de la bord, GNS S, 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); 46
