• Author / Uploaded
• Rocio Conislla

Citation preview

LIDAR (light detection and ranging/ detección de luz y rango)

IMÁGENES CAPTADAS CON EL SENSOR LIDAR Definición: LIDAR o Detección y rango de luz se originó en la década de 1960, poco después de la llegada de los láseres y fue utilizado por primera vez por el Centro Nacional de Investigación Atmosférica en meteorología para medir nubes

Laser:

Es un sensor activo ya que emite su propio haz de luz hacia los objetos y permite determinar la distancia desde un emisor laser al objeto o superficie utilizando un láser pulsado Dispara pulsos rápidos de luz láser en una superficie, cualquier cosa de hasta 150,000 pulsos por segundo, generalmente IR para mapear la tierra o luz verde que penetra el agua para medir el lecho marino o el lecho del río.

Dispositivo óptico que genera un haz luminoso de una sola frecuencia, monocromático, coherente y muy intenso, mediante la estimulación eléctrica o térmica de los átomos, moléculas o iones de un material

Cuando la luz golpea el objeto u objetivo, se refleja de nuevo en un sensor que mide el tiempo que tarda el pulso en recuperarse del objetivo. La distancia al objeto se deduce usando la velocidad de la luz para calcular la distancia recorrida con precisión. El resultado es información tridimensional precisa sobre el objeto objetivo y sus características de superficie Permite obtener una nube de puntos del terreno que se toma mediante un escáner aerotransportado

Es sistema LIDAR se apoya de un sistema GPS diferencial y un sensor inercial de navegación (INS)

LIDAR es un sensor activo

Componentes del LIDAR  

  

ALS= escáner laser aerotransportado emite una luz infrarroja que determina la distancia entre el lidar y el terreno GPS diferencial= con el uso de un receptor en el avión y uno o varios en estacones de control en la superficie (en puntos con coordenadas conocidas) se obtiene la posición y altura del avión INS= sistema inercial de navegación, informa los giros y la trayectoria del avión Cámara de video vigilancia= es opcional, permite obtener una imagen de la zona de estudio, que servirá para la mejor interpretación de los resultados Medio aéreo= ya sea avión (mayor productividad y área más grande) o un helicóptero (mayor densidad de puntos)

El sistema lidar presenta la siguiente información: Por cada pulso puede captar dos o más ecos, esto nos permite recoger la información a diferentes alturas como por ejemplo podría captar información del techo de los edificios en un zona urbana, así como de su superficie terrestre Tipos de laser Lidar pulsos: la medición del lidar y el terreno se lleva a cabo mediante la medición del tiempo que tarda un pulso desde que se emite hasta que se recibe

El sensor emite una luz llamado pulso sobre el objetivo, luego este pulso regreso al sensor llamándose

Lidar de medición fase: en este caso el emisor irradia un haz de laser continuo, cuando recibe la señal reflejada mide la diferencia de fase entre lo emitido y lo reflejado Tipo de escaneado

Los distintos tipos de escaneado que hace el sensor LIDAR sobre la superficie terrestre y objetos que hay en el

Líneas: disposición de un espejo rotatorio que va desviando un has laser, produce líneas paralelas en el terreno, su inconveniente es que cuando gira el espejo en una sola dirección no siempre se tiene mediciones Zigzag: (patrón de escaneado) en este caso el espejo es rotatorio, es decir, en dos sentidos, ida y vuelta De fibra óptica. Desde la fibra central de un cable de fibra óptica y con la ayuda de unos pequeños espejos, el haz láser es desviado a las fibras laterales montadas alrededor del eje Elíptico (Palmer). En este caso el haz láser es desviado por dos espejos que producen un patrón de escaneado elíptico. Como ventajas del método podemos comentar que el terreno es a veces escaneado desde diferentes perspectivas aunque el tener dos espejos incrementa la dificultad al tener dos medidores angulares.

¿Cómo funciona LIDAR? El principio LIDAR es bastante fácil de comprender: 1. Emite un pulso láser sobre una superficie 2. Captura del láser reflejado de nuevo a la fuente de pulso LIDAR con sensores 3. Midiendo el tiempo que el láser viajó 4. Calculando la distancia desde la fuente con la fórmula: Distancia =

𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑢𝑧𝑥𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑐𝑢𝑟𝑟𝑖𝑑𝑜 2

Este proceso se repite un millón de veces por instrumentos LIDAR y termina produciendo un mapa complejo del área encuestada: una nube de puntos 3D.

Aplicación. a) TOPOGRAFÍA: La revista POB sistematizó un trabajo en el que se realizó un trabajo en el levantamiento de datos de un dique, utilizando método convencional a lo largo de 40 kilómetros. Por separado, en una segunda labor unos días después se desarrolló utilizando topografía con LIDAR a lo largo de 246 kilómetros del mismo dique. Aunque los tramos no fueron iguales en distancia, se equiparó el tramo equivalente para hacer una comparación en similares condiciones. (Fuente geofumadas.com) Topografía convencional

Topografía con tecnología LIDAR

El levantamiento topográfico se colectó en secciones transversales a cada 30 metros, coincidentes con estaciones existentes. Los puntos transversales se tomaron en distancias menores de 4 metros.

Este se hizo con una Unidad Autónoma volando a una altura de 965 metros, con una densidad de 17.59 puntos por metro cuadrado. Recobraron 26 puntos de control conocidos y los cruzaron contra 11 puntos de primer orden adicionales que fueron leídos con GPS geodésicos.

Se geo referenció el trabajo con puntos de la red geodésica, que se validaron con GPS geodésicos a lo largo de los ejes, y a partir de estos se levantaron los puntos transversales usando combinación de estaciones virtuales de referencia y RTK. Fue necesario tomar puntos adicionales en sitios especiales de cambio de pendiente y forma para asegurar consistencia del modelo digital

Con estos 37 puntos se hizo el ajuste de los datos LIDAR. Aunque no fue necesario pues las coordenadas tomadas por la UAV que viene equipada con receptor GPS y controlada por estaciones base, obtuvo todo el tiempo un mínimo de 6 satélites visibles y un PDOP menor a 3. Las distancias a la estación base nunca fueron superiores a los 20 kilómetros

En la imagen se muestra unos triángulos hechos con topografía convencional frente a los puntos anaranjados hechos con tecnología LIDAR

La medición de distancias con láser para aplicaciones de mapas a gran escala, está revolucionando la toma de datos digitales relativos a la elevación de terrenos. Esta técnica es una alternativa a otras fuentes de toma de datos como el Modelo Digital del Terreno (MDT). Se puede usar como una fuente de datos para los procesos de contorno y generación de curvas de nivel para ortofotos digitales. Un sistema LÍDAR emite pulsos de luz que se reflejan en el terreno y otros objetos de cierta altura Los sistemas LÍDAR registran datos de posición (x, y) y de elevación (z) en intervalos predefinidos. Los datos resultantes dan lugar a una red de puntos muy densa, típicamente a intervalos de 1 a 3 metros. Los sistemas más sofisticados proporcionan datos no solo del primer retorno sino también de los siguientes, que proporcionan alturas tanto del terreno como de su vegetación. Las alturas de la vegetación pueden proporcionar la base de partida para el análisis de aplicaciones de diferentes tipos de vegetación o de separación de altura. Una ventaja significativa de esta tecnología, con respecto a otras, es que los datos pueden ser adquiridos en condiciones atmosféricas en las que la fotografía aérea convencional no puede hacerlo. Por ejemplo, la toma de datos puede hacerse desde un avión en vuelo nocturno o en condiciones de visibilidad reducida, como las que se dan con tiempo brumoso o nublado

Modelo digital de un terreno hecho con el LIDAR

Estación LIDAR LEICA usado para escanear edificios, formación rocosa, etc.

B) SILVICULTURA Los LIDAR, por ejemplo, se utilizan cada vez más para producir modelos digitales del terreno que permiten, a través de técnicas de ciencia datos, realizar estimaciones del inventario de madera disponible (árboles por hectárea, altura de los árboles o diámetros de los troncos). Un conocimiento más preciso del terreno, los flujos de agua o el inventario forestal contribuyen no sólo a una mejor gestión del inventario de madera sino a planificar mejor una cosecha. Por ejemplo, analizando datos muy precisos para tomar mejores decisiones sobre el tipo de maquinaria necesaria y su colocación óptima para cosechar una unidad de bosque. Los datos abiertos publicados por las administraciones públicas, por ejemplo sobre la cartografía del terreno o la localización de los recursos hídricos, son fundamentales para enriquecer los datos capturados mediante estas técnicas. Por ejemplo, en España el Instituto Geográfico Nacional ha liberado datos LiDAR de todo el territorio y algunas regiones como Castilla y León o Cataluña también proporcionan datos en este formato. Del mismo modo existen ambiciosos proyectos para agregar datos en formato LIDAR de todo el mundo como Open Topography y Lidar online aunque su cobertura es aún limitadas.

Inventario de vegetación en LIDAR

Manejo de áreas con vegetación

C) ARQUEOLOGÍA Los primeros en utilizar LIDAR en investigaciones arqueológicas fueron los arqueólogos estadounidenses Arlen y Diane Chase, en el 2009, en los descubrimientos de la ciudad maya de Caracol, en Belice.

El hallazgo más reciente ha sido el de una vasta red de antiguas ciudades interconectadas en las junglas del norte de Guatemala. Un equipo de investigadores ha identificado las ruinas de más de 60.000 casas, palacios, calzadas elevadas y otras estructuras artificiales que llevaban siglos escondidas bajo la vegetación empleando la tecnología LIDAR

D) TRANSPORTE Los coches autónomos no pueden conducir por sí mismos si no son capaces de "ver" qué sucede en su entorno. Dependiendo de la capacidad de detección de los sensores y de la capacidad de procesamiento de datos de la computadora, el coche es capaz de realizar más o menos tareas por sí mismo, con mayor o menor intervención del humano. Se distinguen así, por tanto, hasta cinco niveles de conducción automatizada.

Para que un coche "pueda ver" se requieren diferentes tipos de sensores que de una u otra forma lo permiten: radares, cámaras de vídeo de alta resolución, GPS inercial de alta precisión, sensores de ultrasonidos y un sensor LÍDAR.

Un LIDAR consiste de manera muy básica en un foco emisor de haces de rayos láser infrarrojos (y que por tanto no se ven), y de una lente receptora infrarroja capaz de ver esos haces láser. En las condiciones de uso previstas, no son peligrosos para la vista. Aunque hay algunos LIDAR fijos, por ejemplo los modelos más básicos para parabrisas, lo típico es que sea un dispositivo que gira 360 grados sobre sí mismo para cubrir todo el entorno.

Aquí vemos una unidad de sensores de parabrisas compuesta, a la izquierda, vemos las lentes de los emisores de haces láser y la lente receptora infrarroja del LIDAR; en el centro vemos una cámara de vídeo para reconocimiento de líneas de carril y peatones, con filamentos térmicos para desempañado y deshielo; a la derecha vemos el sensor de luz y lluvia para encendido automático de los faros y del limpiaparabrisas

Plataformas donde se puede encontrar un sensor LIDAR Los LIDAR son útiles por tanto por su gran potencial para conseguir alta resolución radiométrica, espectral, temporal y espacial, y porque podemos tener un control cuidadoso de la iluminación de la escena. Sus desventajas son la relativamente poca potencia que podemos emitir (por limitaciones técnicas y por razones de seguridad), y la dificultad técnica de instalar LASER en plataformas espaciales (alto peso, alto consumo eléctrico, dispersión del haz con la gran distancia...). Debido a este problema, existen pocas misiones LIDAR operativas en plataformas espaciales (las misiones NASA CALIPSO y ICEsat con su instrumento GLAS son dos casos), aunque son habituales en plataformas aéreas (sobre todo aeronaves clásicas, y marginalmente en APRs).

Es un satélite artificial de la NASA y del CNES dedicado a realizar observaciones de alta resolución de los aerosoles de la atmósfera superior utilizando un telescopio de 1 metro de diámetro equipado con LIDAR y un radiómetro infrarrojo. Calipso

Es un satélite artificial de la NASA diseñado para medir masas de hielo, nubes, aerosoles, topografía y características de la vegetación. El instrumento principal del satélite es el lidar GLAS (Geoscience Laser Altimeter System), el primero de su clase en hacer observaciones continuas y globales de la Tierra.

Bibliografía

https://www.azosensors.com/article.aspx?ArticleID=1110 http://www.tysmagazine.com/lidar-y-sus-aplicaciones-en-el-territorio/ https://www.nobbot.com/futuro/tecnologia-lidar/ http://balmasl.com/arees/lidar-forestal/langswitch_lang/es/ https://www.motorpasion.com/tecnologia/que-es-un-lidar-y-como-funciona-el-sistema-demedicion-y-deteccion-de-objetos-mediante-laser