Lazer Tarama Teknolojisi: Tarihi süreç

Lazer Tarama Teknolojisi – (LiDAR)
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 1
Lazer Tarama Teknolojisi: Tarihi süreç
İlk optik lazer 1960’da geliştirildi (Maiman, USA).
İlk hava lazer mesafe ölçeri 1960’da geliştirildi.
1970’lerde Kuzey Amerikada hidrografik ve batimetrik ilk uygulamalar
yapıldı.
1980’li yılların başında GPS, hava laser profilleri için kullanılmaya
başlandı (Univ. of Stuttgart, Prof. Ackerman).
90’lı yıllardan itibaren hava lazer tarayıcılar GPS ve INS ile birlikte
kullanılmaya başlandı.
1996 ISPRS kongresinde (Viyana) ilk defa bir firma ALS (Airborne
Laser Scanning)’i tanıttı.
1996-2000 döneminde ISPRS Çalışma Grubu ve OEEPE (EuroSDR)
Çalışma Grupları kuruldu.
2000’den ititbaren yoğun ve geliştirilmek suretiyle kullanılmaya
başlandı, özellikle 2006 sonrası waveform digitizing (full dalga tarama)
metodu geliştirildi.
Genelde lazer tarama için LiDAR terimi kullanılır: Light Detection And
Ranging (LiDAR)
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 2
Lazer Tarama Teknolojisi: Tanım-terimler
Light Detection and Ranging (LiDAR):
Yüksek doğrulukta 3B
topoğrafik veri üreten hava lazer tarama teknolojisi veya sistemi.
- LiDAR, LADAR, optical RADAR, LRF, laser scaning
- Atmospheric Lidar RS
- Airborne Scanning Lidar / Airborne Laser Scanning
- Satellite Altimetry – ALS – Terrestrial Laser Scanning
- Active vs. passive optical sensing
- LiDAR: light detection and ranging
- LADAR: laser detection and ranging
- Optical RADAR: optical radio detection and ranging
- LRF: Laser Range Finding
- ALS: Airborne Laser Scanning
- TLS: Terrestrial Laser Scanning
- ALSM: Airborne Lidar Swath Mapping
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 3
Lazer Tarama Teknolojisi: Giriş
- Aktif sensör: çok yüksek enerjiye sahip lazer ışını gönderir ve
yansıyan enerjiyi kaydeder. Gece ve gündüz çalışma
yeteneğinin yanında, gölgelik alanlarıda ölçme yeteneğine
sahiptir.
- Hava LiDAR’ı; uçuş zamanı (Time of Flight (TOF)) veya
nadiren de olsa faz (continuous wave (CW) lasers), ve
ilaveten yoğunluk (intensity) ölçer. Bütün ticari ALS sistemleri
TOF’ı kullanılır. (CW ALS, called SCALARS (Univ. of
Stuttgart) ise sürekli dalga ölçer).
- Temel olarak, ölçüm kutupsal tekniğe göre yapılır; ışın yönü
ve obje ile lazer kaynağı arasındaki mesafe ölçülür.
- Çoğu LiDAR sistemi yakın kızıl ötesi ışınları kullanır (NIR).
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 4
Lazer Tarama Teknolojisi: Temel Bileşenler
- Lazer transmitter ve detektör/alıcı = mesafe ölçme
ünitesi (range measuring unit),
- Lazer ışını döndürme/sapma mekanizması (ayna
(mirror), poligon (polygon),
- GPS/INS (aralarındaki ofset ve yönelme açıları
bilinmeli (boresight calibration)). Genelde çift frekanslı ve
diferansiyel GPS kullanılır.
- Bilgisayar ünitesi (navigasyon, uçuş planlama,
depolama) ve hassas zaman ölçer.
- Çerçeve yada satır tarayıcılı film tabanlı kamera.
- Platformlar: uçak, helikopter ve IHA (UAV).
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 5
LiDAR (ALS) Temel Bileşenler
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 6
LiDAR (ALS) Temel Bileşenler
GPS yer istasyonu ile uçak
arasında kesin bir uzaklık söz
konusu olmayıp, arazi
topoğrafyası ve görülebilen
uydu sayısına göre bu uzaklık
10-50 km arasında
değişebilmektedir.
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 7
Platformlar
-Hava (Aerial)
Genelde uçak ve helikopter,
IHA (İnsansız Hava Aracı, UAV) veya balon.
-Yersel (Terrestrial)
- Uydu (Satellites)
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 8
Bazı tanımlamalar
- Pulse repetition frequency (PRF) or pulse rate:
saniyede gönderilen atım sayısı
- Echoes (sometimes called pulses): gönderilen bir atım
için objeden yansıyan ve kaydedilen atım sayısı
- Minimum düşey obje ayırımı (Minimum vertical object
separation): 2 ayırt edilebilir eko arasındaki minimum
mesafe
- Tarama sıklığı (Scan rate): saniyede taranan pattern
sayısı (örnek: taranan satır)
- Görüş alanı (Field of View (FOV) or scan angle): uçuşa
dik yönde lazer ışını görüş alanı
- Lazer ışın açısı (Beam divergence): lazer ışınının ortaya
çıkardığı açı
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 9
ALS için diğer önemli parametreler
-Min. ve mak. uçuş yüksekliği: min. mesafe otoritelerce
tanımlanan uçuş yüksekliği ve insan sağlığı için önemli, mak.
mesafe ise lazer cihazının gücüne bağlıdır.
-Maksimum tarama genişliği (Maximum swath width): uçuş
yüksekliği ve FOV’e bağlıdır.
-Lazer ayak izi (Laser footprint (ground area illuminated by
laser beam)): lazer (beam) divergense ve uçuş yüksekliğine
bağlıdır. İdealde daire, ancak gerçekte elips veya düzensiz bir
pattern olabilir.
- Dalga boyu (Wavelength): belirli objeleri ölçmek için önem arz
etmektedir. Objeler farklı dalgalara değişik şekilde tepki veririler.
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 10
ALS için diğer önemli parametreler
-Uçuş ve uçuşa dik yönde nokta yoğunluğu (Across and
along track point density (these 2 define also the average
point density)): bir çok parametreye bağlıdır; tarama patterni
yada tipi, PRF, tarama sıklığı, uçuş yüksekliği, platform hızı,
FOV vb. Bu parametreler iyi bir uçuş planı içinde önemlidir.
- Eko sayısı; her bir yoğunluk değeri için kaydedilir.
- GPS/INS ölçüm frekansları ve doğrulukları (özellikle INS
için)
- Kullanılan ilave sensörler (dijital kamera, video, vb.)
- Ağırlık, boyutlar, enerji tüketimi, çevresel şartlar (sıcaklık,
hava durumu vb.)
- Mesafe çözünürlüğü ve doğruluğu
- Yazılım (uçuş planı, veri işleme ve transfer vb.)
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 11
ALS için diğer önemli parametreler
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 12
LiDAR sistem özellikleri
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 13
LiDAR data
LiDAR data fromat: *.las
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 14
LiDAR data format
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 15
LiDAR nokta sınıfları (ASPRS Standard)
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 16
Niçin LiDAR verisi?
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 17
LiDAR uygulama alanları
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 18
LiDAR uygulama alanları
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 19
LiDAR uygulama alanları- Hacim
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 20
LiDAR uygulama alanları- Ulaşım
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 21
LiDAR uygulama alanları- Dolgu-Yarma
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 22
LiDAR uygulama alanları- Elektrik hattı
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 23
LiDAR uygulama alanları- 3D üretim
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 24
LiDAR uygulama alanları- Detay (bina-ağaç)
çıkarma
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 25
Lazer echo sayısı
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 26
ALS: Lazer ışını
Spektral Özellikleri
- Genellikle kullanılan lazer: Nd:YAG = neodymiumdoped yttrium aluminium garnet
-1064 nm dalga boyunda yayılım gösterir
- Diğer sistemler: örn. 810 nm (ScaLARS), 900 nm (FLIMAP), 1540 nm (TopoSys, Riegl)
- Lazer sistemler tek bir dalga boyunda ışın yayarlar,
ancak batimetrik lazerlar 1064 ve 532 nm dalga
boyunda ışın yayarak su yüzeyi ve su altını ölçerler.
- Yayılan ışının spektral genişliği oldukça dar olup,
Nd:YAG için 0.1-0.5 nm aralığındadır.
19.05.2016
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 27
Obje yansıtması
Materyal ve Yansıtma Yüzdesi (%) (lazer=900 nm)
Çam ağacı, temiz ve kuru
Kar
Limontaşı kil
Yapraksız ağaç
İğne yapraklı ağaç
Karbonat kum (kuru)
Karbonat kum (ıslak)
Plaj kumu, çöl
Beton
Asfalt
Lav
Siyah lastik duvar
19.05.2016
94
80-90
75
60
30
57
41
50
24
17
8
2
Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı
Sayfa 28