LiDAR, abbreviazione di Light Detection and Ranging, è una tecnologia di scansione LiDAR emergente utilizzata nelle applicazioni di rilevamento.Integra tre tecnologie chiave: sistemi di rilevamento laser, sistemi di posizionamento globale (GPS) e sistemi di navigazione inerziale (INS).Questa integrazione ha portato a progressi significativi nell’acquisizione in tempo reale di informazioni spaziali tridimensionali.LiDAR fornisce un nuovo mezzo tecnico per ottenere informazioni spaziali ad alta risoluzione in termini sia di tempo che di spazio.È considerata oggi la tecnica di rilevamento più avanzata nel campo.

Vantaggi della tecnologia LiDAR

(1) Dati ricchi

Modello digitale della superficie (DSM): il DSM rappresenta accuratamente le caratteristiche del terreno e della superficie, rendendolo adatto per generare ortoimmagini reali e modelli 3D digitali.

Ortofoto digitale (DOM): utilizzando un modello di elevazione digitale (DEM), il DOM corregge i pixel dell'immagine aerea digitale e crea risultati di immagine generati dal mosaico delle immagini.Fornisce informazioni ricche e intuitive, con buona interpretabilità e misurabilità, consentendo l'estrazione diretta di informazioni naturali e socioeconomiche.

Modello digitale di elevazione (DEM): estraendo i dati del terreno dalle nuvole di punti 3D derivate da LiDAR, è possibile generare un modello di elevazione digitale.

Digital Line Graph (DLG): utilizzando nuvole di punti LiDAR e immagini DOM, è possibile produrre rapidamente prodotti DLG su larga scala (da 1:500 a 1:2000), riducendo il lavoro di rilevamento sul campo e migliorando significativamente l'efficienza della mappatura.Può aumentare l'efficienza della mappatura dal 5% al ​​20% rispetto ai tradizionali rilievi manuali sul campo.

(2) Elevato livello di automazione

Dalla progettazione del volo all'acquisizione dei dati fino all'elaborazione dei prodotti finali, il livello di automazione è molto elevato.La traiettoria del volo in tempo reale viene visualizzata tramite la tecnologia GPS.Non c’è rischio di perdere dati, evitando così errori umani.

(3) Sensibilità nell'acquisizione delle informazioni

LiDAR può ottenere informazioni sul bersaglio con una risoluzione inferiore rispetto al telerilevamento o alle immagini radar.Può penetrare nella copertura vegetale per acquisire dati sul punto a terra.

(4) Condizioni di lavoro del sensore

La misurazione LiDAR è un metodo di rilevamento attivo che emette e riceve impulsi laser. Può penetrare nella vegetazione fitta e raggiungere il suolo, senza essere limitato dalle condizioni di illuminazione o dalle ombre. Il modello di elevazione digitale (DEM) ottenuto rappresenta fedelmente la vera morfologia della superficie. La tecnologia LiDAR è altamente accurata e adatta per catturare grandi aree, combinando le caratteristiche della fotogrammetria aerea e della telemetria laser. È la scelta ottimale per ottenere dati di modelli di elevazione digitale ad alta precisione su grandi regioni.

(5) Cicli produttivi brevi

I sistemi LiDAR acquisiscono direttamente le coordinate delle nuvole di punti 3D terrestri e gli elementi di orientamento delle immagini.Richiedono pochi o nessun punto di controllo a terra, consentendo la produzione diretta di DEM e mappe ortofoto digitali (DOM).Rispetto al tradizionale rilevamento aereo e allo stereoplotting, LiDAR riduce significativamente il carico di lavoro per la produzione di mappe dal 30% al 50% circa e diminuisce il carico di lavoro di compilazione di circa il 50%.Ciò riduce notevolmente il ciclo di lavoro complessivo.

Applicazioni del LiDAR nella topografia

(1) Acquisizione rapida di modelli digitali di elevazione (DEM)

I dati della nuvola di punti LiDAR sono il prodotto dati più diretto nella tecnologia LiDAR.La densità e la precisione dei dati della nuvola di punti sono relativamente elevate e possono visualizzare rapidamente le coordinate tridimensionali dei punti.Classificando, filtrando o rimuovendo manualmente o automaticamente le nuvole di punti da obiettivi come terreno esterno alla vegetazione o agli edifici, è possibile costruire una rete triangolata irregolare (TIN) per ottenere tempestivamente DEM.A causa dell'elevata densità di punti LiDAR, la generazione di DEM è più comoda e precisa.

(2) Implementazione dell'indagine di base

I prodotti del rilevamento di base includono principalmente modelli digitali di elevazione (DEM), immagini ortofoto digitali (DOM), mappe di grafici a linee digitali (DLG) e mappe raster digitali (DRG).Indipendentemente dalla generazione di uno qualsiasi di questi prodotti, richiedono l'assistenza e la guida di informazioni tridimensionali ad alta precisione.La fotogrammetria digitale è complessa e richiede una rigorosa preparazione preliminare e pianificazione tecnica.Richiede che il personale tecnico abbia competenze operative competenti.Tuttavia, i dati e le coordinate tridimensionali ottenuti tramite la tecnologia LiDAR possono ottenere la correzione differenziale dell’immagine ad alta precisione richiesta per la produzione di DOM, rendendo il processo di produzione più semplificato e non facendo più affidamento sulla fotogrammetria digitale.Può essere ottenuto in sistemi generali di elaborazione di immagini di telerilevamento.

(3) Applicazioni nel settore forestale

LiDAR ha una forte capacità di penetrazione.La sua buona unidirezionalità gli consente di passare attraverso spazi stretti e raggiungere la superficie del terreno, ottenendo così un'accurata elevazione del suolo nelle aree coperte da foreste.L’applicazione commerciale dei sistemi LiDAR aerei si è inizialmente concentrata sul settore forestale perché per la gestione forestale e l’amministrazione del territorio sono necessari dati accurati sulla copertura forestale e sul terreno sottostante.Le tecniche tradizionali hanno difficoltà ad ottenere informazioni precise sull'altezza e sulla densità degli alberi.A differenza dell’imaging satellitare, i sistemi LiDAR aerei possono ottenere simultaneamente l’altezza degli alberi durante il rilevamento del terreno sotto la chioma degli alberi.

(4) Rilievo ingegneristico

Per il rilevamento ingegneristico è necessario raccogliere informazioni sulle coordinate tridimensionali ad alta precisione degli obiettivi di rilevamento e potrebbe essere necessario stabilire modelli di oggetti tridimensionali ancora più accurati.Gli esempi includono ispezioni di linee elettriche, misurazioni di tunnel e miniere, indagini idrologiche e altri campi.Sia il LiDAR a terra che quello in volo sono i metodi migliori per risolvere questi problemi pratici.Utilizzando immagini digitali e informazioni sulla consistenza, la costruzione di modelli tridimensionali basati su strutture può fornire basi importanti per l'analisi del paesaggio, le decisioni di pianificazione, le misurazioni della deformazione e la conservazione degli oggetti.

(5) Digitalizzazione urbana

Attualmente, diversi settori stanno perseguendo la digitalizzazione delle rispettive attività.In una città digitale, l’informazione spaziale gioca un ruolo cruciale come quadro fondamentale e piattaforma per la sua costruzione.I sistemi LiDAR possono acquisire in modo efficace modelli digitali del terreno ad alta risoluzione e precisione e immagini ortofotografiche digitali, fornendo preziose risorse di informazioni spaziali per le città e svolgendo un ruolo significativo nello sviluppo urbano.

Le città digitali richiedono anche la costruzione di modelli urbani ad alta precisione, tridimensionali, misurabili e realistici come piattaforme virtuali per la gestione della città.Tuttavia, le tecniche tradizionali per la modellazione 3D urbana sono lunghe, inefficienti e spesso producono risultati scadenti, con un impatto diretto sull’ampiezza e sulla profondità dei servizi digitali delle città.Utilizzando la tecnologia LiDAR per condurre la scansione LiDAR aerea o la scansione LiDAR multi-angolo da terra di edifici e terreno, è possibile ottenere rapidamente coordinate tridimensionali dei bersagli ad alta densità e alta precisione.I dati delle nuvole di punti possono quindi essere utilizzati per costruire modelli e applicare la mappatura delle texture con il supporto software, consentendo la creazione di modelli 3D urbani su larga scala da varie prospettive.Inoltre, è possibile implementare aggiornamenti rapidi e dinamici, fornendo una base affidabile per lo sviluppo continuo e storico delle fonti di dati di base per la costruzione di città digitali.

(6) Mappatura del terreno sottomarino

Alcune tecnologie LiDAR utilizzano due diverse lunghezze d'onda dei raggi LiDAR per misurare il terreno sottomarino.Utilizzando la luce rossa (o luce infrarossa) per misurare la superficie dell'acqua mentre penetra nell'acqua con luce blu-verde per misurare il terreno sottomarino, la profondità dell'acqua può essere calcolata in base alla differenza di tempo tra i due raggi ricevuti.Ciò consente la mappatura del terreno sottomarino su larga scala.In generale, Lidar può misurare la profondità dell'acqua di mare fino a 50 metri, che varia con la limpidezza dell'acqua.È ampiamente applicato in settori quali canali di navigazione, ambienti marini vicini alla costa e idrologia.

(7) Estrazione digitale

Attualmente, le miniere e le città legate all’attività mineraria si trovano ad affrontare sfide significative.Lo sfruttamento eccessivo porta direttamente a problemi ambientali e un’attività mineraria eccessiva esaurisce le risorse.Inoltre, devono essere considerati i fattori interni alle operazioni minerarie e il loro impatto su persone, macchinari, materiali, metodi e ambiente.Rafforzare la costruzione del mining digitale è un approccio efficace per affrontare queste sfide da molteplici prospettive, puntando a una soluzione globale.

La tecnologia LiDAR può essere utilizzata per raccogliere rapidamente dati sull’intera miniera e costruire modelli tridimensionali, che ne rappresentino meglio la forma.Ogni componente ha considerazioni diverse durante la modellazione.In generale, la costruzione dovrebbe essere eseguita in modo stratificato e dovrebbero essere condotte valutazioni multidimensionali, concentrandosi principalmente sulle valutazioni ambientali, economiche e dei disastri naturali.Ciò consente un feedback efficiente dei dati, fornendo una disponibilità continua dei dati 24 ore al giorno e garantendo la chiarezza e la razionalità della costruzione complessiva del modello.Inoltre, facilita la previsione e la valutazione di potenziali incidenti futuri, aiutando a prevenirli in modo proattivo.

(8)Trasmissione di potenza e layout delle condotte

I sistemi di scansione LiDAR che operano su piattaforme aeree sono i più adatti per misurare le linee di trasmissione.Gli aerei possono regolare la propria altitudine e velocità secondo necessità per ottenere dati più accurati.Utilizzando contemporaneamente videoregistratori, fotocamere digitali e altri sensori nella piattaforma applicativa di scansione LiDAR, sia le misurazioni di scansione LiDAR che il lavoro di ispezione e mappatura della linea possono essere condotti in modo sincrono.