Fundamentos De LiDAR

CAPITULO I

FUNDAMENTOS DE LiDAR

LiDAR

En las últimas décadas la tecnología de LiDAR ha tomado gran fuerza, gracias a la implementación de sus datos en diferentes campos de la ciencia. Actualmente, LiDAR es un método popular para la recolección de datos en las comunidades de la ingeniería y la topografía; ya que con LiDAR, es posible desarrollar representaciones concisas y realistas en tres dimensiones del entorno. [8]

Definición de LiDAR

La palabra LiDAR es el acrónimo del inglés Light Detection and Ranging o Laser Imaging Detection and Ranging. El sistema LiDAR es un método de teledetección óptica que emplea la luz del laser para conseguir una muestra densa de la superficie de la tierra, como se observa en la Figura 1, produciendo mediciones exactas de X, Y y Z.

LiDAR es un sensor activo que emite rayos laser hacia un objetivo mientras se desplaza a través de rutas topográficas específicas. Los receptores del sensor LiDAR detectan y analizan el reflejo del laser del objetivo. Además, los receptores registran el tiempo exacto desde que el pulso laser sale hasta que regresa, y así tasar la distancia entre el sensor y el objetivo. Al combinarlo con los datos de posicionamiento global (GPS) y el Sistema de Navegación por Inercia (INS), las medidas obtenidas de distancia se convertirán en medidas de puntos tridimensionales reales (nube de puntos) del objeto en cuestión. [1]

Figura 1. Devolución del Rayo Laser de LiDAR

Fuente: Vlaams Instituut Voor De Zee (2007).

Los principales elementos del hardware del sistema LiDAR incluyen una plataforma móvil (aeroplano, vehículo terrestre o trípode); Transmisor laser y detector-receptor (Unidad de medición de Distancias); Mecanismo deflector de rayos laser (ej. Espejos y tornillos); Sistema de Posicionamiento Global (GPS) o un Sistema Mundial de Navegación Por Satélite (GNSS) y un Sistema de Navegación por Inercia (INS) este último mide la inclinación, rotación y encabezamiento del sistema LiDAR. Además, requiere de otros componentes como computadores de alto desempeño y capacidad de almacenamiento, incluido el cronometro de sincronización entre dispositivos; Software de Navegación y manejo del plan de vuelo; opcionalmente se combina con cámaras fotogramétricas digitales o de video (SELPER Capitulo Colombia, Curso Básico LiDAR, 2013).

Figura 2. Componentes básicos de un Sistema ALS.

Fuente: SELPER Capitulo Colombia, Curso Básico LiDAR, 2013

El principio físico del LiDAR resulta fácil de entender desde la siguiente ecuación básica (velocidad es igual a distancia sobre tiempo).

"R=" T/2 c

Donde R es la distancia desde el emisor laser a bordo del avión a un punto en la superficie, T es el tiempo de retorno de la señal y c es la velocidad de la luz. De este modo, el problema a resolver es descifrar desde los millones de pulsos laser emitidos los valores de T para cada una de las posiciones sobre el terreno, geo-localizando luego dichas posiciones gracias a la disponibilidad de sistemas GPS e IMU que existen en la actualidad. [2]

Historia de LiDAR

La introducción de LiDAR se remonta a la época de pre-laser. En 1930 los primeros intentos fueron realizados para medir los perfiles de la densidad del aire en la atmosfera determinando la intensidad de dispersión de rayos reflectores. En el año 1938, fue implementado por primera vez pulsos de luz para medir alturas.

El avance de la tecnología de LiDAR comenzó con la creación del primer laser óptico que se desarrollo en 1960 en los Estados Unidos, es en este mismo año, donde se realiza el primer intento por desarrollar un laser aerotransportado. Además, es en la década de los años sesenta donde esta tecnología evoluciona con el fin de aplicarse en el área de la hidrografía y la batimetría.

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