لیدار - نقشه برداری مهندسی(ژئوماتیک)

نقشه برداری مهندسی(ژئوماتیک)

صفحه نخست ATOM عناوین مطالب وبلاگ نقشه سایت

لیدار

لیدار

لیدار (Light Detection and Ranging) یک تکنیک قدرتمند در سنجش از راه دور لیزری می‌باشد.لیدار مشابه اصول رادار کار می‌کند که بعضی اوقات نیز رادار لیزری نامیده می‌شود. اختلاف اصلی بین لیدار و رادار در واقع نوع طول موج‌های تابشی مورد استفاده‌است. رادار طول موجهایی در ناحیه رادیویی را استفاده می‌کند در حالی که لیدار طول موجهای لیزری را بکار می‌برد.لیدار جهت جمع آوری اطلاعات توپوگرافی استفاده می شود . این تکنولوژی توسط سازمان بین المللی دریایی و فضایی(NOAA) و دانشمندان NASA جهت بررسی تغییرات توپوگرافی در امتداد خط ساحلی دریاها، تولید و مورد استفاده قرار گرفته است . این اطلاعات با استفاده از لیزر هایی که قابلیت حمل بر روی هواپیما دارند جمع آوری می شوند . این لیزر ها قادرند در هر ثانیه 2000 تا 5000 پالس را برای ضبط اندازه گیری های ارتفاعی ارسال نمایند.و دقت عمودی در حدود 15 سانتی متر (6 اینچ) نیز دارند . پس از آنکه خطوط مبنا مشخص شد می توان پرواز را انجام داد و اطلاعات مربوط به تغییرات خطوط ساحلی را به دست آورد .

چگونه اطلاعات لیدار جمع آوری می شوند ؟

جهت انجام پروژه South Carolina ، سنسور (حسگر ) های لیدار ،‌همانطور که در شکل زیر نیز می بینیم ، بر روی هواپیمای سازمان NOAA سوار شد . پس از آغاز پرواز هواپیما با سرعتی درحدود 60 متر بر ثانیه بر فراز ساحل عبور نمود . در طی پرواز لیدار تعدادی اشعه لیزر با فرکانس بالا به سوی سطح زمین ارسال می نماید . حسگرهای لیدار زمان بین ارسال اشعه لیزر به سطح زمین و بازگشت آن به هواپیما را ضبط می کنند .

دستگاه حسگر لیدار محکم به هواپیما بسته می شود . به طوری که کاملا بدون حرکت باقی بماند . آینه اسکن نیز در زیر دستگاه فرستنده نصب شده است . یک آینه ی با زاویه 45 درجه پالس های لیزر را به داخل یک آینه متحرک منعکس می کند ،‌که این اشعه ها را به زمین هدایت می کند . لیزر منعکس شده از زمین به داخل یک تلسکوپ Cassegrainian کوچک هدایت می شوند. آینه ی متحرک یک الگوی مخروطی از اشعه های لیزر از زیر هواپیما با زاویه ی راس 30 درجه تولید می کتد . بدین طریق اطلاعات توپوگرافی بر روی نوار حدودا 300 متری (در حدود 1000 فوت ) در پهنا و در ارتفاع حدودا 600 متری هواپیما از سطح زمین جمع آوری می شود .

در شکل زیر یک تصویر انیمیشنی از فرایندی که لیدار انجام می دهد مشاهده می کنیم

دستگاه دقیق لیدار فقط می تواند اطلاعات ارتفاعی را جمع آوری نماید . جهت دسترسی به اطلاعات کامل و سه بعدی از منطقه ی اسکن شده می بایست موقعیت نقاط نیز شناخته شوند . به همین منظور یک جی پی اس با دقت بالا بر بالای بدنه هواپیما سوار شده است . همزمان که حسگر های لیدار اطلاعات ارتفاعی را ضبط می کنند ، حسگر های جی پی اس نیز موقعیت نقاط را برداشت و ضبط می کنند . پس از اتمام پرواز اطلاعات به وسیله ی یکسری از نرم افزار های مخصوص به داخل کامپیوتر منتقل و یا به اصطلاح دانلود می گردد . محصول نهایی کار ، نقاطی هستند که از نظر طولی ،‌عرضی و ارتفاعی (x,y,z) دارای دقت بالا و صحت زیادی می باشند . این اطلاعات مکانی و یا به اصطلاح همین (x,y,z) ها ، به ما این امکان را می دهد تا یک مدل ارتفاعی رقومی (DEM) از سطح زمین داشته باشیم . مجموعه ی اطلاعات جمع آوری شده توسط لیدار یک منطقه شامل آب های کم ارتفاع تا خشکی و تلماسه ها و شن ها را پوشش می دهد . پرواز ها جهت بیشینه کردن تعداد ارتفاع نقاط جمع آوری شده در کمترین میزان جزر و مد برای وسیعترین منطقه ی ممکن برنامه ریزی می شوند . مسیر پرواز هواپیما همیشه موازی خط ساحلی است .4 مسیر جهت پرواز در بالای هر بخش ساحل در نظر گرفته شده است . در دو تا از این مسیر ها که پرواز روی آن انجام می شود مرکز مسیر در بالای محل اتصال شن و آب است و در دوتای دیگر مرکز مسیر در بالای جایی که شن پیشرفت کرده قرار دارد .

مدت زمان پرواز ها عموما 4 ساعت خواهد بود . شرایط آب و هوایی باید دقیقا کنترل شود . پرواز ها زمانهایی که هوا بارانی یا مه آلود است و یا میزان بخار آب در منطقه زیاد است انجام نمی شود ؛ زیرا بخار آب می تواند سبب پراکندگی اشعه لیزر در فضا شود و اطلاعات را غلط برداشت نماید . همچنین در مواقعی که باد به شدت در حال وزیدن است نیز نمی توان عمل پرواز و برداشت نقاط را انجام داد چون پالس های برگشتی از زمین به سمت لیزر به درستی ضبط نمی شوند .

تفسیر نقشه های ارتفاعی لیدار

در سنجش از دور ، عکس های رنگی مجازی مثل نقشه های ارتفاعی لیدار رایج است . و نقش موثری را در داده های بصری ایفا می کنند. اصطلاح رنگ مجازی به این نکته بر می گردد که در حقیقت این تصاویر عکس آنالوگ نیستند ، بلکه اینها تصاویر دیجیتال هستند . که در هر کدام از این تصاویر پیکسل ها نماینده ی اطلاعات مکانی نقاط هستند که بر طبق ارزش آنها رنگ بندی شده اند . هدف از این بخش این است که به کاربر کمک شود تا بتواند رنگ مجازی تصاویر را بهتر تفسیر نماید .

نقشه های تهیه شده توسط لیدار بر اساس اندازه گیری های ارتفاعی از سطح زمین هستند . و به نوعی می توان گفت از روش های نقشه برداری هوایی به دست آمده اند . فرمت فایل هایی که جهت ضبط و ذخیره ی داده های لیدار استفاده می شوند شبیه به فایل های متنی است و در واقع همان"x,y,z" می باشد ، که x معادل طول یا طول جغرافیایی ، y معادل عرض یا عرض جغرافیایی و z معادل ارتفاع است . استفاده از اطلاعات ارتفاعی لیدار ممکن است در تهیه نقشه های توپوگرافی تفصیلی مفید باشد .

در سه تصویری که در زیر نمایش داده شده است ،‌ یک راهنما در گوشه پایین سمت راست وجود دارد که یک سری اعداد از 3- متر تا 5+ روی آن نوشته شده است . این اعداد به رابطه ی بین رنگ های روی راهنمای نقشه و ارتفاع مجسم شده روی نقشه اشاره دارد . به عنوان مثال در نقشه ساحل Huntington ، رنگ آبی پررنگ نشان می دهد که خشکی تقریبا هم سطح آب دریاست و یا به عبارتی ارتفاع آن صفر است . رنگ فیروزه ای (آبی روشن) نیز مکان هایی را که ارتفاع آنها در حدود یک متر و یا به عبارتی 3 فوت بالای سطح دریاست (به عنوان مثال اسکله ها) بیان می کند .

اطلاعاتی که لیدار به ما می دهد در صورتی که با یک سری اطلاعات اضافی که از عکسبرداری هوایی به دست آمده ضمیمه شود ، قابل فهم تر خواهد بود . در مثال زیر یک نقشه ی ارتفاعی لیدار با یک عکس اورتوفتو (نقشه عکسی )مقایسه شده است . این منطقه ی کوچک در جزیره ی Kiawah مجموعه ای از ویژگی های جذاب را برای ما فراهم می کند .مقایسه ی اورتوفتو با اطلاعات به دست آمده از لیدار تشخیص ویژگی هایی مثل خانه ها ، معابر ، بوته زار ها و تالاب های آب را برای برای ما راحت تر می کند .