Lazer-obje (hedef) etkileşimi-yüzey eğim ve pürüzlülüğü

Transkript

1 Lazer-obje (hedef) etkileşimi-yüzey eğim ve pürüzlülüğü Ölçülen düşey mesafe yüzeyin eğimi ve pürüzlülüğüne bağlıdır. Soldaki iki şekil için, sağ şekilden dönen eko daha geniş olduğundan ölçülen mesafe ortalama mesafedir. Minimum belirlenebilir obje büyüklüğü yansıtmaya bağlıdır. Sarı yüzeyin yansıtması iyi ve küçük bir alanı içeriyor ise sağdaki iki şekilde dönen eko tespit edilebilir Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 1

2 Lazer-obje (hedef) etkileşimi-darbe ve eko genliği Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 2

3 Lazer-obje (hedef) etkileşimi-yüksek tarama açısı Ayna yansıtıcı su ve ıslak yüzeylerden lazer geri sinyal üretmeyebilir. Lazer geliş açısı ve yaprak büyüklüğüne göre orman örtüsü yansımayı engelleyebilir. Benzer durum yüksek binaların ölçülmesi durumunda ölü alanların oluşmasına da sebep olabilir Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 3

4 Full dalga formu/şekli (full waveform) analizi Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 4

5 Örnek: Full dalga formu ile ağaç profili Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 5

6 Full dalga formu Bir atım/darbe için çok fazla sayıda eko kaydedilir. 0.5 m düşey ayırımla çoklu hedef belirlenir. Yüzey pürüzlülüğü ve eğimi noktasında etkin belirleme yapabilir. Yeşil örtü için ağaç parametreleri ve sınıfları gibi özeller belirlenir. Bina köşelerinin tespitindeki belirsizlikleri ortadan kaldırır. Çok nokta ile yüksek doğruluk sağlar. SAM ve SYM modeli için iyi düzeyde nokta sınıflandırması sağlanır. Full wave form kullanan ALS sistemleri: Riegl LMS-Q560, IGI Litemapper 5600, Optech ALTM 3100, TopEye Mark II, Toposys Falcon III. Full dalga formu verileri proses işlemleri henüz araştırılmaktadır Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 6

7 ALS Uçuş Planlama GPS referans istasyonu Kalibrasyon alanı LiDAR sistem seçimi (uçak/helikopter (sık nokta üretilmek istenirse)) Nokta yoğunluğu belirleme (uçuş ve uçuşa dik yönde) Yükseklik doğruluğu, çözünürlüğü ve nokta doğruluğu belirlenir. Kalibrasyon alanı Uçuş yönü nokta yoğunluğu: v xalong, v : uçağınhızı; fsc : tarama sıklığı f sc Uçuşa dik yönde nokta yoğunluğu (nadir): xacross, : tarama açısı; N : bir tarama hattındaki nokta sayısı N f pulse N, f pulse : lazer pulse oranı ( rate) f sc Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 7

8 ALS Uçuş Planlama Uçuşa dik yönde nokta yoğunluğu (genel) düz arazi için: x across N H 2 2 cos ( ), H : uçuş yüksekliği x along Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 8

9 ALS Uçuş Planlama Uçuşa dik yönde nokta yoğunluğu (genel) eğimli arazi için: H, i 0 2 N 2 cos ( )cos( i) 1 tan( ) tan( i) 2 2 xacross, i : arazi eğimi H, i 0 2 N 2 cos ( )cos( ) tan( ) tan( ) 1 i i 2 2 Minimum nokta yoğunluğu: d min x along 1 x across Maksimum eğik mesafe: R H cos ( ) 2 max Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 9

10 ALS Uçuş Planlama Tarama genişliği (SW): SW 2H tan( ) 2 Bindirme oranı: e SW 1, e : kolonlar arası mesafe; : bindirme oranı Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 10

11 ALS Uçuş Planlama-Gerekli Parametreler Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 11

12 ALS Uçuş Planlama-Akış Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 12

13 LiDAR matematik Model Amaç: Lazer ışının arazide ulaştığı noktanın koordinatlarının belirlenmesi, Yöntem: Koordinat sitemlerinin tanımlanması, Sitemler arasındaki ilişkiler, LiDAR denkleminin çıkarılması Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 13

14 LiDAR matematik model-registrasyon G r s L Yer merkezi LiDAR arası mesafe LiDAR ile ölçülen eğik mesafe Yer merkezi vektörü Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 14

15 LiDAR-Koordinat sistemleri 1. Arazi koordinat sistemi, 2. IMU koordinat sistemi, 3. Lazer ünitesi koordinat sistemi, ve 4. Lazer ışın koordinat sistemi Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 15

16 Arazi koordinat sistemi Arazi koordinat sistemi (X G, Y G, Z G ) Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 16

17 IMU koordinat sistemi IMU koordinat sistemi (x b, y b, z b ) Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 17

18 Lazer ünitesi koordinat sistemi Lazer ünitesi koordinat sistemi (x lu, y lu, z lu ) Koordinat başlangıcı/orijini lazer ateşleme noktasıdır Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 18

19 Lazer ışın koordinat sistemi Lazer ışın koordinat sistemi (x lb, y lb, z lb ) Koordinat başlangıcı/orijini lazer ateşleme noktasıdır. Z-ekseni, (z lb ) lazer ışını boyunca uzanır Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 19

20 Arazi-IMU koordinat dönüşümü X o ve dönüklük (,, ) elemanları GNNS/INS ile belirlenir Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 20

21 IMU-Lazer ünite koordinat dönüşümü Lever-arm (kol) ötelemesi P G ve boresight açıları kalibrasyon ile, belirlenir. (,, ) Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 21

22 Lazer ünite- Lazer ışını koordinat dönüşümü İki sistem arasında öteleme yoktur. Dönüklükler ayna dönüklüğünden belirlenir. (, ) lazer sistem Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 22

23 Lazer ışın ve ünite sisteminde obje koordinatları xlu cos sin y lu sin cos z lu cos Lazer ışın ve ünitesi koordinat sistemine göre obje noktası koordinatları hesaplanır Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 23

24 Lazer ışın ve ünite sistemi transformasyonu İki sistem arasında transformasyon aşağıdaki dönüklüklerine göre belirlenir. : zlu : ylu eksenindeki dönüklük eksenindeki dönüklük xlu cos sin 0 cos 0 sin 0 y lu sin cos z lu sin 0 cos xlu cos cos sin cos sin 0 y lu sin cos cos sin sin 0 z lu sin 0 cos xlu cos sin y lu sin cos z lu cos Lazer ünite sistemine göre obje noktası koordinatları Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 24

25 LiDAR denklem Lazer ünite sistemine göre obje noktası koordinatları Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 25

26 LiDAR genel denklem Obje noktasının arazi koordinatları IMU koordinat sistemi başlangıcının arazi koordinatları IMU ile arazi koordinat sistemi arasındaki dönüklükler IMU ile lazer ünitesi arasındaki mesafe (lever arm offset) IMU ile lazer ünitesi arasındaki dönüklük Lazer ışın ile lazer ünitesi arasındaki dönüklük Arazi noktasına olan eğik mesafe Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 26