Introduccion Al LiDAR

7/25/2019 Introduccion Al LiDAR

1/47

INTRODUCCIN A LA TECNOLOGA

LiDAR

Tecnologas de la Informacin Geogrfica en el Contexto de Cambio Global

4

ar ano arc a onso mar ano.garc a ua .es


2/47

INTRODUCCIN AL LiDAR

Introduccin a la tecnologa LiDAR. Principios bsicos

Com onentes de un sistema LiDAR

Especificaciones del sistema

Clasificacin de los sistemas LiDAR

Precisin de los datos LiDAR Recursos disponibles

5


3/47

P

LiDAR: Light Detection And Ranging.

r

i

n

c

Airborne Laser Scanning (ALS)p

i

o

LaDAR (Laser Detection and Ranging)

s

b

Rpido desarrollo desde mediados de 1990s. Sistemas experimentales. Perfiles (Institute for

s

i

c

o

Photogrammetry, University Stuttgart, Special research group)

s

6


4/47

P

2 kHz Up to ~200 kHz

r

i

n

c

1000 m max. AGL height Up to 4500 m max. AGL heightp

i

o

20 scan angle Up to 32 scan angle

s

b

First or last return Multiple returns to full waveforms

i

c

o- m po n spac ng - n ens y va ues

< 1m point spacing

s

7


5/47

Lidar Market:Statusand rowthTrends

(presented

at

the

International

Lidar Mapping

Forum

28

January

2009.

TinaCary,Ph.D,CaryandAssociates)P

Region LiDARsystems

NorthAmerica 1ALSo erated b 2 commercialcom aniesand

r

i

n

c

universities

Europe 30ALS operatedby19commercialcompaniesand1

p

i

o

Rest of

the

world 29

ALS

operated

by

18

commercial

companies

Bathymetric LiDAR 10

systems

operated

by

3

commercial companies

and

7

s

b

governmentorganizationss

i

c

o ,America being the largest market at $64 million, Rest of World next at$52 million, and Europe accounting for $44 million

s

8


6/47

Sistema activo

P

Sensores Pasivosi Reflexin

r

i

n

c

(ii) Emisin(i)

(ii)pi

o

Sensores Activos(iii) Emisin-Reflexin

s

b

s

i

c

o

Chuvieco,2002s

9


7/47

P

r

i

n

c

p

i

o

s

b

s

i

c

os

10


8/47

P

r

i

n

c

p

i

o

s

b

s

i

c

os

11


9/47

Principio de funcionamiento. Medida de distancia

P

R

r

i

n

c

p

i

o

s

b

R=c*t/2

R: distancia sensor-objeto (range)

s

i

c

o

c: ve oci a e a uz 300.000 m s- t= tiempo transcurrido entre la emisin delpulso y la recepcin del retorno

s

12


10/47

Principio de funcionamiento. Medida de distancia

Diferencia de faseP

r

i

n

c

p

i

o

s

b

R: distancia sensor-objeto (range)

c: velocidad de la luz (300.000 km s-1

)

s

i

c

o = diferencia de fase entre la sealemitida y la recibida (rad)

s

13


11/47

C

om

p

o

n

e

nt

e

s

s

Unidad de medida de distancia

i

s

t

e

(Fuente: Baltsavias:International SchoolonLiDARTechnology, IIT Kanpur, India, 31 March - 4 April 2008)

Scanner

Sistema GPS (posicionamiento diferencial)

m

a

Lner a easuremen n

Unidad de control, seguimiento y registroi

D

A

R

14


12/47

C

om

p

o

GPS 1Hz

n

e

nt

IMU 50Hz 200Hz

e

s

s

Ranging

Unit

5000Hz

25000Hzi

s

t

e

GPS & IMU Interpoladas a los registros proporcionados por la unidad demedida de distancias

m

a

L

i

D

A

R

15


13/47

C om

p

o

n

e

nt

e

s

s

i

s

t

e

m

a

L

i

D

A

R

16


14/47

Pueden determinar los costes de adquisicin e incluso la viabilidad del

proyecto Frecuencia de emisin de pulsos:

Nmero de ulsos emitidos or se undo.

s

p

e

150 kHz. Mayor altura de vuelo y velocidad Tiempo de vuelo y costes

c

i

f

i

Patrn de escaneo: Funcin del espejo

c

a

c

i

Nmero de lneas por segundo

o

ne

s

Determina el FOV

Divergencia del rayo:

s

i

s

Incremento del dimetro del rayocon la distancia

e

m

a

17


15/47

Pueden determinar los costes de adquisicin e incluso la viabilidad del proyecto

Dimetro de la huella:s

p

e

rea muestreada por el lser.

f(altura de vuelo, ngulo escaneo, divergencia del rayo,

c

i

f

i

ca

c

i

o

ne

s

Distancia entre huellas:

s

i

s

Configuracin de registro: Determina cmo se raban la ener a recibida

e

m

a

18


16/47

Criterios

C

l

a

Superficie a medir

s

i

f

ic

a

c

i

n

s

s

t

e

=(700-1550 nm) =(700-1300 nm)=(500-600 nm)

m

a

s

19


17/47

Criterios

PlataformaC

l

a

s

i

f

ic

a

c

i

n

s

s

t

em

a

s

20


18/47

Criterios

Capacidad de registroC

l

a

s

i

f

ic

a

c

i

n

s

s

t

em

a

s

21


19/47

Criterios

Tamao de huellaC

l

a

s

i

f

ic

a

c

i

n

s

s

t

em

a

s

22


20/47

Datos LiDAR

D

a

o

s

p

r

o

p

2Hz

IMU 50Hz 200Hz

o

rc

i

Ranging

Unit

5000Hz

25000Hz

o

n

a

do

s

23


21/47

Datos adquiridos por sistemas LiDAR

D

a

o

s

p

r

o

p

o

rc

i

o

n

a

do

s

24


22/47


Classified returnsDa

o

s

p

r

o

p

Intensity data

o

rc

i

o

n

a

do

s


23/47


IntensidadD

a

s

tarratm

r

PR

DDP

24

222

4

(Baltsavias, 1999)

o

s

p

r

o

p

Propiedades del sistema

Intensidad vara entre campaas,

o

rc

i

Distancia

Reflectividad del ob eto

una misma lnea de vuelo

o

n

a

d

Problema: los sistemas comerciales no proporcionan informacin sobre elal oritmo em leado ara detectar los retornos.

o

s

26


24/47


Calibracin de los datos de intensidad ?D

a

1.- Range dependency removal

Datos normalizados a una distancia estndar definida por el usuario

o

s

p

r

o

p

Before Normalization After Normalization

o

rc

i

o

n

a

do

s

27


25/47

Intensidad. Calibracin

Se han propuesto otro mtodo ms elaboradosHfle and Pfeifer (2007)

D

a

Utiliza dos aproximaciones

1.- Emprica.

o

s

depende de la altura de vuelo via una funcin montona.

Es necesario volar con distintas alturas de vuelo sobre las reas tar et de

p

r

o

p

referenciaSolo se pueden emplear retornos nicos como targets de referencia

o

rc

i

2.- Terica.o

n

a

do

s


26/47

Intensidad. Calibracin

D

a

o

s

e ore orrec on Data-driven correction

p

r

o

p

o

rc

i

o

n

a

do

sHfle and Pfeifer (2007)

29


27/47

Atributos de los datos LiDAR

Densidad de pulsos:

Nmero de pulsos emitidos por m-2.D

a

f(distancia entre huellas) Relacionado con la resolucin espacial

o

s

ens a e pun os:

Nmero de retornos por m-2.

p

r

o

p

Nmero de retorno:

Orden de un retorno en relacin a aquellos que se han

o

rc

i

genera o a partir e un pu so.on

a

d

-

o

s

30

. . .


28/47


ngulo de escaneo:

Atributo del pulso = todos los retornos asociadosD

a

Tiempo GPS:o

s

.Atributo heredado por todos los retornos asociados al pulso

p

r

o

p

Atributo binario. Indica si el pulso corresponde al final.

o

rc

i

Clasificacin:

o

n

a

d

Clase a la que corresponde el retorno. Opcional.

o

s

31


29/47

Formatos de los datos LIDAR

Full waveform / retornos discretosD

a

X, Y, Z, Intensidado

s

.

Variedad de formatos (propietarios, ASCII)

p

r

o

p

nconven en es:

Sistemas propietarios: difcil intercambio entre sistemas

o

rc

i

Lectura e interpretacin de los datos en formato ASCII puede ser muylenta y el tamao del archivo puede ser muy grande, incluso para

cantidades de datos pequea

o

n

a

d

La informacin bruta, as como cierta informacin especfica de laadquisicin de los datos es perdida.

o

s

32


30/47


D

a

o

s

p

r

o

p

GPS-time X,Y,Z & Intensity last return X,Y,Z & Intensity 1st return

o

rc

i

Huso UTM

o

n

a

d

o

s

33


31/47


LASer (LAS) File Format ExchangeD

a

Formato pblico para el intercambio de datos LiDARo

s

--

ltima versin permite almacenar datos full waveform

p

r

o

p

p: www.asprs.org soc e y comm ees s an ar s asprs_ as_spec_v .porc

i

Actualmente, incluso software no especfico para datos LiDAR software,puede leer archivos LAS

o

n

a

d

PCI GEOMATICS , ENVI, ERDAS, ArcGIS, GVSIG,os

34


32/47


LAS format v1.3D

a

o

s

p

r

o

p

o

rc

i

o

n

a

d

o

s

35


33/47

Precisin de las coordenadas

Fuentes de distorsin (Huising & Gomes Pereira, 1998; Maas, 2001):P

r

e

Sistema Laser (laser instrument+INS+GPS)c

i

s

i ,

Caractersticas del objeto (permeabilidad, pendiente, )

n

d

Determinacin de las distancias Za

to

s

GPS IMU rinci al fuente de error Maas 2001

Espejo X,YL

i

D 10-20 cm en Z, hasta 50 cm en X,Y

A

R

36


34/47


E em lo determinacin de la recisin:

P

r

e

Z error en torno a +/- 15cm para una altura de vuelo de 1000 m.

Error horizontal (X,Y) en torno a 50cm (o 1/2000 la altura de vuelo).

c

i

s

i

(Amable, G. comunicacin personal)

n

d

a

to

s

L

i

D

3x3mAR

37

ors or ,


35/47


Cmo quedan reflejados estos errores?:P

r

e

Desplazamientos visibles en las zonas de solapec

i

s

i

n

d

a

to

s

L

i

DA

R

38


36/47


Cmo quedan reflejados estos errores?:P

r

e

Desplazamiento horizontal. Elementos artificialesc

i

s

i

n

d

a

to

s

L

i

DA

R

39


37/47


P

r

e c

i

s

i

desplazamientos horizontales y verticales

Modelos ue consideran diferencias entre untos

n

d

Identificacin de elementos que permite cuantificar lasdiferencias entre ambas pasadas.

a

to

s

Modelos sensorLi

D

2- fases: correccin primero en Z y luego en X,Y.A

R

40



38/47


Cmo quedan reflejados estos errores?: Des lazamiento vertical. MDE

P

r

e c

i

s

i

n

d

a

to

s

L

i

D

Pfeifer International School on Lidar Technology

A

R

41

Favalli et al., (2009)2008 IIT Kanpur, India


39/47

Precisin de las coordenadas. E em lo correccin error

Precisin nominalplanimtricoP

r

e

10-20 cm en Z, hasta 50 cm en X,Ycis

i

n

d

a

to

s

L

i

DA

R

42

Garca et al. 2009 (Geofocus)


40/47


planimtricoPr

e plicacin de tcnicas de correlacin de imgenes

c

i

s

i

n

d

a

to

s

L

i

DA

R

43



41/47


Datos ajustados con una transformacin afn 2-DplanimtricoP

r

e

c

i

s

i

n

d

a

to

s

L

i

DA

R

44



42/47

Recursos: sofware comerciales de procesamiento y visualizacion

R

e

c

u

r

s

Merricks Advanced Remote Sensing (MARS) Softwareo

s

d

QT Modeler (Tinning and visualization)

s

p

o

Interactive Data Language (IDL) for custom routines

n

i

b

l

GlobalMapper

e

s

45

Recursos de libredistribucion


43/47

R

e

c

u

r

so

s

d

s

p

o

n

i

b

l

e

s

46



44/47

R

e

c

u

r

so

s

d

s

p

o

n

i

b

l

e

s

47



45/47

R

e

c

u

r

s

http://www.airbornelasermapping.com/

o

s

d http://www.fsl.orst.edu/~lefsky/

s

p

o

http://www.asprs.org/society/committees/lidar/

n

i

b

l

. . . ~

http://lidar.cr.usgs.gove

s

48



46/47

R

e

Research groups Dubayah University of Maryland

c

u

r

s

e s y o ora o a e n vers y Hyppa - Helsinki University of Technology

Naesset - Norwegian University of Life Sciencesos

d

Homlgren Swedish University of Agricultural Sciences Morsdorf- Universidad de Zurich Popescu Universidad Texas A&M

s

p

o

Journals Remote Sensing of Environment and other RS journals Scandinavian Journal of Forest Research 19: 6 2004

n

i

b

l

Canadian Journal of Remote Sensing (CJRS). 2003. Special issue:LIDAR remote sensing of forest structure and terrain. Volume 29, No.5

e

s ISPRS. 1999. Special issues on airborne laser scanning. ISPRS Journal

of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol. 54, No. 2 and 3

49


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