Télédétection LiDAR : principe, application, ressources et logiciels gratuits

Capteurs LiDAR aéroportéspeut soit capturer des points spécifiques d'une impulsion laser, appelés mesures de retour discret, soit enregistrer le signal complet à son retour, appelé forme d'onde complète, à des intervalles fixes comme 1 ns (qui couvrent environ 15 cm). Le LiDAR à forme d'onde complète est principalement utilisé en foresterie, tandis que le LiDAR à retour discret a des applications plus larges dans divers domaines. Cet article traite principalement du LiDAR à retour discret et de ses utilisations. Dans ce chapitre, nous aborderons plusieurs sujets clés concernant le LiDAR, notamment ses composants de base, son fonctionnement, sa précision, ses systèmes et les ressources disponibles.

Composants de base du LiDAR

Les systèmes LiDAR au sol utilisent généralement des lasers avec des longueurs d'onde comprises entre 500 et 600 nm, tandis que les systèmes LiDAR aéroportés utilisent des lasers avec des longueurs d'onde plus longues, allant de 1 000 à 1 600 nm. Une configuration LiDAR aéroportée standard comprend un scanner laser, une unité de mesure de distance (unité de télémétrie) et des systèmes de contrôle, de surveillance et d'enregistrement. Il comprend également un système de positionnement global différentiel (DGPS) et une unité de mesure inertielle (IMU), souvent intégrés dans un système unique appelé système de position et d'orientation. Ce système fournit des données précises de localisation (longitude, latitude et altitude) et d'orientation (roulis, tangage et cap).

 Les motifs dans lesquels le laser balaye la zone peuvent varier, notamment des trajectoires en zigzag, parallèles ou elliptiques. La combinaison des données DGPS et IMU, ainsi que des données d'étalonnage et des paramètres de montage, permet au système de traiter avec précision les points laser collectés. Ces points se voient ensuite attribuer des coordonnées (x, y, z) dans un système de coordonnées géographiques utilisant les données du Système géodésique mondial de 1984 (WGS84).

Comment le LiDARTélédétectionTravaux? Expliquez de manière simple

Un système LiDAR émet des impulsions laser rapides vers un objet ou une surface cible.

Les impulsions laser se reflètent sur la cible et reviennent au capteur LiDAR.

Le capteur mesure avec précision le temps nécessaire à chaque impulsion pour se rendre à la cible et en revenir.

En utilisant la vitesse de la lumière et le temps de trajet, la distance jusqu'à la cible est calculée.

En combinaison avec les données de position et d'orientation des capteurs GPS et IMU, les coordonnées 3D précises des réflexions laser sont déterminées.

Il en résulte un nuage de points 3D dense représentant la surface ou l'objet numérisé.

Principe physique du LiDAR

Les systèmes LiDAR utilisent deux types de lasers : à ondes pulsées et continues. Les systèmes LiDAR pulsés fonctionnent en envoyant une courte impulsion lumineuse, puis en mesurant le temps nécessaire à cette impulsion pour se rendre à la cible et revenir au récepteur. Cette mesure du temps aller-retour permet de déterminer la distance jusqu'à la cible. Un exemple est présenté dans un diagramme dans lequel les amplitudes du signal lumineux transmis (AT) et du signal lumineux reçu (AR) sont affichées. L'équation de base utilisée dans ce système implique la vitesse de la lumière (c) et la distance jusqu'à la cible (R), permettant au système de calculer la distance en fonction du temps nécessaire au retour de la lumière.