Laserdata for dummies. Ivar Oveland 19 oktober 2015

Transkript

1 Laserdata for dummies Ivar Oveland 19 oktober 2015 Laserdata for dummies Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 1

2 INTRODUKSJON LiDAR LiDAR: Light Detection And Ranging Hva er laserdata?

3 INTRODUKSJON LiDAR Reciver Illustrasjon fra Blom

4 INTRODUKSJON LiDAR Tradisjonell måling: 1. Laserpulsen skytes ut 2. Litt av lyset starter klokken mens resten sendes mot bakken. 2. Lyset blir reflektert av forskjellige objekter 3. Mottakeren registrer tiden for det innkommende lyset. Kan måle opp til 4 forskjellige returer, noen full waveform 4. Avstanden beregnes: avstand= lyshastighet x dt/2 Int Et distinkt signal gir nøyaktig tidtaking og nøyaktig måling. Time

5 Forskjellige Teknologier Lidar teknologien kan deles inn i hvilken plattform de opereres fra: Fly Helikopter Drone Bil Menneske Observert avstanden og GNSS forhold er viktige momenter som bestemmer kvalitetsbehovet for utstyr og prosesseringsgangen.

6 INTRODUKSJON LiDAR Hvordan lages punktskyen (fly eller helikopter): 1. Samler inn data 2. Beregner posisjon og orientering til lasersystemet 3. Utfører daglig kalibrering av utstyret 4. Påfører stripejusteringer 5. Høydejusterer mot kontrollflater 6. Klassifiserer punktene

7 INTRODUKSJON LiDAR Fotavtrykkets størrelse blir bestemt av flyhøyden og laserstrålens åpningsvinkel. Høy flyhøyde Lav flyhøyde

8 Forskjellige Teknologier Viktige forskjeller, antall lasere monterte i systemet: Optech Pegasus: Opp til 8 energikilder 1 vippespeil Leica ALS 70 HP: 1 energikilde som splitter energien til 2 pulser 1 vippespeil Riegl LMS- Q1560: 2 energikilder 1 roterende polygon

9 Forskjellige Teknologier Viktige forskjeller, antall lasere monterte i systemet: Velodyne 1 energikilder splitter opp i 32 stråler 1 roterende polygon Brukes på droner og biler (kartlegging og navigering)

10 Forskjellige Teknologier Multipuls : Gjør det mulig for lasersystemet å sende ut en ny puls før den har mottatt den forrige pulsen. Dette gjør at en kan fly høyere med høyere pulsfrekvens Blindsone, teknikker gjør det Mulig å måle i blindsonen Mål og vinkler er skalert kraftig opp

11 Forskjellige Teknologier Eksempelet hentet fra Riegl LMS Q1560 Systemet håndterer mange pulser i luften.

12 Forskjellige Teknologier Viktige forskjeller, Lys frekvens og form Pulsform (kort signal med høy amplitude gir best nøyaktighet) Bølgelengder (har betydning for øyesikkerhet samt penetrering) Typiske bølgelengder: ca 530 Nm (Grønn) 1064 Nm (ir) 1541 Nm (ir) Penetrerer vann+øye Vanligst Lav høyde Øyesikker

13 Forskjellige Teknologier Viktige forskjeller, Lys frekvens Optech Titan (multispectral LiDAR) 3 ulike frekvenser

14 Forskjellige Teknologier Viktige forskjeller, Fordelingsmetode Pulsene fordeles utover terrenget med et speil (skanner). Palmer Skanner: Leica, HawkEye Blom, Topeye

15 Forskjellige Teknologier Viktige forskjeller, Fordelingsmetode Vippespeil 2 typer : Sinusmønster og Sagtann ( Blir bestemt av snuhastigheten ) Sinusmønster fordeler 80 % av pulsene Sagtann fordeler 95% av pulsene

16 Forskjellige Teknologier Viktige forskjeller, Fordelingsmetode Vertikalt roterende polygon Riegl (ulempe: hjørnene, må forkaste pulser som treffer hjørnene + fast åpningsvinkel)

17 Forskjellige Teknologier Viktige forskjeller, Fordelingsmetode Horisontalt roterende polygon Riegl (ulempe: hjørnene, må forkaste pulser som treffer hjørnene + fast åpningsvinkel)

18 Forskjellige Teknologier Viktige forskjeller, Fordelingsmetode: Flash Lidar Array med 120x120 piksler (ingen bevegelige deler)

19 Forskjellige Teknologier Oppsummering skannermønster: Palmer Vippespeil V. rot. Polygon H. rot. Polygon Flash Vifteskanner

20 INTRODUKSJON LiDAR Beregning av Systemets posisjon og orientering INS: Inertial Navigation System = PC+SW+IMU IMU: Inertial Measurment Unit 3 x akselerometer, 3 x Gyro GNSS : Global Navigation Satellite Systems GPS+Glonass+galileo+Beido

21 INTRODUKSJON LiDAR For å oppnå nøyaktigheten er det viktig å initialere treghetssystemet

22 INTRODUKSJON LiDAR Prinsippet

23 INTRODUKSJON LiDAR Leica IPAS 20 Applanix POS AV-510 Posisjon: m Roll / Pitch : Heading: IMU: Micro IRS Ring laser Gyro, 200 Hz Drift IMU: <0.01 deg/hour Posisjon: m Roll / Pitch : Heading: IMU: LN200 Fiber-optic Gyro, 200 Hz Drift IMU: <0.1 deg/hour

24 INTRODUKSJON LiDAR Alternativ til GNSS Simultaneous Localization And Mapping Hvor finner vi teknologien:

25 INTRODUKSJON LiDAR Roll Kompensasjon Korrigerer for «Roll» bevegelse Oppdateringsfrekvens: Leica 50Hz Optech ca 50 Hz (eldre versjoner har 5hz oppdatering) 5 Hz Oppdatering ca 50 Hz Oppdatering

26 INTRODUKSJON LiDAR «Pitch» Kompensasjon : Kompenserer for flyets «pitch» bevegelse under datainnsamlingen. Plottet viser punkttettheten i litt turbulens, endring i «pitch» gir striper med redusert punkttetthet

27 System Leverandører 3 hovedleverandører

28 Optech Galaxy - Pegasus/Orion - Orion - Titan

29 Optech Pegasus Old New

30 Leica ALS70

31 Leica ALS70 Pulser: 250 Khz Pulser: 500 Khz

32 Riegl

33 Oppsummering Utviklingen de siste årene innenfor luftbårne sensorer: Fra en puls i luften til mange Sender ut flere lyskjegler samtidig Navigasjonssystemene er blitt mye mindre Små kompakte lasersystemer som passer i selvgående multikopter. Nye skannmønster «Pitch» kompensasjon Nøyaktighet: Navigasjonssystemene gir bedre orienteringsnøyaktighet. Laserteknologien er forbedret slik at støynivået for selve lasermålingen er forbedret fra ca 4 til 2 cm. Trend i markedet: Stadig høyere tetthet Høyere nøyaktighetskrav Flere produkter fra punktskyen: Bygg, Vei, veioppmerking, Kraftledning etc

34 Spørsmål? Kilder: Presentasjonen er utarbeidet fra foredraget «Innsamling av laserdata teknologisk oppdatering», Ivar Oveland, 2013, Geodesi og hydrografidagene, Illustrasjoner og lignende fra dette foredraget er levert av Blom.