Application de lidar

- Apr 22, 2019-

Application de la technologie lidar dans un modèle de bâtiment urbain tridimensionnel

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La ville numérique est une partie importante du système technologique de la Terre numérique, et les modèles tridimensionnels des principaux objets d’une ville incluent un terrain tridimensionnel, un modèle de construction tridimensionnel et un modèle de pipeline tridimensionnel. Ces modèles de construction en trois dimensions constituent l'une des informations de base importantes de la ville numérique.

La technologie Lidar permet d’acquérir rapidement des données spatiales en trois dimensions, ce qui lui confère de larges perspectives d’application. Les composants du système radar aéroporté comprennent un scanner laser, un instrument de navigation par inertie de haute précision, un système de positionnement global utilisant la technologie de scoring et une caméra numérique à haute résolution. Grâce à l’intégration de ces quatre technologies, l’acquisition d’informations géographiques géographiques spatiales en trois dimensions terrestres peut être rapidement complétée, et les données d’image avec les informations de coordonnées peuvent être obtenues après traitement. Technologie laser pour la modélisation de bâtiments en trois dimensions. Tout d'abord, un prétraitement des données est effectué. Il consiste à combiner les paramètres de posture enregistrés par IMUU, les données GPS aéroportées, les données d’observation GPS de la station de base au sol, le composant d’excentricité GPS, le composant d’excentricité du scanner et de la caméra numérique, de réaliser un calcul commun GPS / IMU, d’obtenir les fichiers de trace sous les coordonnées scanner et appareil photo, puis obtenir les éléments externes. Deuxièmement, utiliser le logiciel de traitement de données LIDAR pour séparer les données au sol des données non au sol afin de générer un DEM, et utiliser des données de surface pures pour corriger les éléments d'orientation extérieurs de l'image en recherchant les mêmes points d'image nommés pour générer rapidement un DOM. La superposition de DEM et de DOM forme un modèle de terrain en trois dimensions. Enfin, afin d’exprimer l’aspect réel de la ville, un mappage de la texture du modèle de bâtiment en trois dimensions est effectué. Il existe deux méthodes courantes de collage de texture: le collage manuel et le mappage de texture. Il existe également deux types de méthodes d’acquisition de texture couramment utilisées. La première méthode consiste à prendre des images aériennes de la texture supérieure du bâtiment, et les informations de texture latérale sont prises pour la caméra portable sur place. La deuxième méthode est la photographie aérienne inclinée. Après avoir obtenu la texture, nous utilisons un logiciel professionnel pour sélectionner la surface de la texture, homogénéiser et cartographier les informations d’image reflétant l’état du bâtiment sur le modèle correspondant afin de refléter l’état de la ville.


Application de la technologie lidar à la surveillance de l'environnement atmosphérique

En raison de sa longueur d'onde de détection courte, de sa forte orientation du faisceau et de sa densité d'énergie élevée, le lidar présente les avantages d'une résolution spatiale élevée, d'une sensibilité de détection élevée, distinguant les espèces détectées et de l'absence de zone aveugle pour la détection. Il est devenu un moyen efficace de télédétection de haute précision de l'atmosphère. Le lidar peut détecter les profils verticaux des aérosols, des particules nuageuses, de la composition atmosphérique et du champ de vent, et peut surveiller efficacement les principales sources de pollution.

Observation de la distribution des polluants atmosphériques. Lorsque le laser émis par le lidar agit sur ces particules flottantes, il se diffuse et la longueur d'onde de la lumière incidente est du même ordre de grandeur que l'échelle des particules flottantes. Le coefficient de diffusion est inversement proportionnel à la première puissance de la longueur d'onde. Sur la base de cette propriété, le lidar à diffusion Michaelis peut compléter la mesure de la concentration, de la distribution spatiale et de la visibilité des aérosols.

Le lidar différentiel est principalement utilisé pour la détermination de la composition atmosphérique. Le principe du lidar différentiel consiste à utiliser le lidar pour émettre deux types de lumière différente. Une longueur d'onde est accordée sur la ligne d'absorption de l'objet à mesurer et l'autre sur le bord de la ligne avec un coefficient d'absorption plus faible. Ensuite, les deux longueurs d'onde de la lumière sont transmises alternativement à l'atmosphère avec une fréquence de répétition élevée. A ce moment, la différence d'atténuation entre les deux longueurs d'onde mesurées par le lidar est l'absorption de l'objet à mesurer. En conséquence, la distribution de concentration de l'objet à mesurer peut être obtenue par analyse.

Le lidar à diffusion de résonance de fluorescence est utilisé pour observer la couche de vapeur de métal dans l'atmosphère. Le principe est d'utiliser des atomes de métaux tels que Na, K, Li et Ca comme traceurs pour étudier la dynamique atmosphérique. En raison de la faible densité moléculaire au sommet de la mésosphère, le signal de diffusion de Rayleigh est très faible et la section efficace de la fluorescence de résonance de la couche d’atomes de sodium métallique dans cette région est de plusieurs ordres supérieure à celle de la section efficace de diffusion de Rayleigh. Par conséquent, la distribution de la couche de sodium est étudiée à l'aide du radar à fluorescence de sodium, puis les propriétés de l'onde de gravité sont étudiées pour montrer ses caractéristiques uniques.


Application du lidar dans l'exploration directe de pétrole et de gaz

C'est une méthode directe et rapide pour l'exploration pétrolière et gazière qui consiste à détecter les anomalies d'hydrocarbures directement au-dessus des hydrocarbures par télédétection. Le lidar est une combinaison de la technologie laser et de la technologie radar. Son application à l’exploration pétrolière est devenue possible. Le laser présente les avantages d’une large gamme de longueurs d’onde, d’un bon rayonnement monochrome et directionnel, d’une collimation et d’une grande sensibilité de mesure, ce qui le rend bien supérieur aux autres capteurs en télédétection.

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Le lidar consiste en un système de transmission et un système de réception. Le système émetteur comprend principalement un laser et un télescope émetteur, et le système récepteur consiste principalement en un télescope récepteur, un tube photomultiplicateur et un afficheur. La technologie Lidar est basée sur le phénomène de diffusion diffuse, diffusion de Rayleigh, diffusion Raman, fluorescence de résonance et absorption de résonance de faisceaux laser lorsque les faisceaux laser se propagent dans l’atmosphère, puis recueille et enregistre les spectres de rétrodiffusion produits dans le processus de ces phénomènes lidar recevant le système pour détecter la composition atmosphérique et la concentration. Objectif.

Le gaz hydrocarbure est le principal indicateur des micro-fuites de pétrole et de gaz dans les champs de pétrole et de gaz, tandis que le gaz hydrocarboné près de la surface est principalement causé par une diagenèse précoce, une action bactérienne et une action thermique souterraine. Le lidar à absorption de résonance utilise généralement divers lidars laser accordables pour détecter le contenu en molécules de gaz, ce qui fait référence à la capacité du lidar à recevoir de légers changements dans la puissance du laser. La distance de détection et la section efficace d'absorption de la molécule de gaz sont les principaux facteurs affectant la sensibilité de détection. Selon les données de recherche, plus la section efficace d’absorption est grande, plus la sensibilité est élevée; et plus la distance de détection est grande, plus la sensibilité est élevée. La relation entre le trajet et la sensibilité est que plus le trajet est long, plus l'atténuation d'absorption des molécules de gaz par le faisceau laser sera forte, de sorte que la sensibilité de détection sera grandement améliorée. Cependant, en raison de la divergence du point laser et de l'effet de tramage du changement de direction de propagation du laser causé par la turbulence atmosphérique, le taux d'utilisation effectif du laser sera réduit, c'est-à-dire que le rapport signal sur bruit sera réduit, affectant ainsi la précision de détection du contenu en molécules du gaz pollué. Par conséquent, la distance de détection doit être de plusieurs kilomètres.

Recherche météorologique à l'aide de lidars

Le lidar est un instrument météorologique très important. Il est basé sur le principe de détection selon lequel l’énergie électromagnétique sera réfléchie par la cible. Comme le radar, les données sur la nature, la distance et l'angle de la cible peuvent nous être fournies par diffusion de la lumière. Ce qui est mieux qu'un radar, c'est qu'il peut fonctionner non seulement dans les zones à micro-ondes, mais également dans les zones visibles, infrarouges ou plus courtes. Le lidar est une continuation du radar dans le spectre électromagnétique optique. L'énergie d'une courte impulsion générée par un émetteur laser est ensuite émise vers une cible. L'onde diffusée émise par la cible est collectée par le système optique récepteur et concentrée sur un détecteur sensible. Il convertit l'énergie de la lumière incidente en un signal électrique, qui est amplifié et traité avant d'être utilisé.

Le premier instrument relativement primitif mis au point au Stanford Research Institute montre clairement l’application du lidar, comme la détection de la position des nuages et des brouillards à travers la structure de l’eau de pluie ou des nuages sous-jacents, et l’élévation de la hauteur limite. L'écho lidar peut clairement observer une couche d'aérosol claire et continue à basse altitude, qui n'est pas visible à l'œil nu.

Le lidar du SRI Mark III a montré un niveau de détection plus élevé des nuages de cirrus minces. Cela montre qu'une puissance de pointe très élevée peut pénétrer dans les nuages et provoquer une réflexion en même temps. En utilisant ce phénomène, nous pouvons prouver l’existence de plusieurs cirrus dans différentes couches à différentes hauteurs de vagues. Bien que les performances de lidar soient supérieures, outre l'optimisation des paramètres du système, de nombreuses technologies sont utilisées pour améliorer les performances du système lidar. Par exemple, le refroidissement des lasers est un problème que tous les lasers doivent résoudre. La réfrigération par air peut être utilisée lorsque le taux de répétition des impulsions du lidar est faible ou que le seuil de la pompe est bas, tandis que le système de réfrigération doit être utilisé pour refroidir le laser lorsque l'énergie des impulsions laser est plus grande.

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