Lazer Tarama Teknolojisi (LiDAR) 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 1
Lazer Tarama Teknolojisi: Tarihi süreç İlk optik lazer 1960 da geliştirildi (Maiman, USA). İlk hava lazer mesafe ölçeri 1960 da geliştirildi. 1970 lerde Kuzey Amerikada hidrografik ve batimetrik ilk uygulamalar yapıldı. 1980 li yılların başında GPS, hava laser profilleri için kullanılmaya başlandı (Univ. of Stuttgart, Prof. Ackerman). 90 lı yıllardan itibaren hava lazer tarayıcılar GPS ve INS ile birlikte kullanılmaya başlandı. 1996 ISPRS kongresinde (Viyana) ilk defa bir firma ALS (Airborne Laser Scanning) i tanıttı. 1996-2000 döneminde ISPRS Çalışma Grubu ve OEEPE (EuroSDR) Çalışma Grupları kuruldu. 2000 den ititbaren yoğun ve geliştirilmek suretiyle kullanılmaya başlandı, özellikle 2006 sonrası waveform digitizing (full dalga tarama) metodu geliştirildi. Genelde lazer tarama için LiDAR terimi kullanılır: Light Detection And Ranging (LiDAR) 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 2
Lazer Tarama Teknolojisi: Tanım-terimler Light Detection and Ranging (LiDAR): Yüksek doğrulukta 3B topoğrafik veri üreten hava lazer tarama teknolojisi veya sistemi. - LiDAR, LADAR, optical RADAR, LRF, laser scaning - Atmospheric Lidar RS - Airborne Scanning Lidar / Airborne Laser Scanning - Satellite Altimetry ALS Terrestrial Laser Scanning - Active vs. passive optical sensing - LiDAR: light detection and ranging - LADAR: laser detection and ranging - Optical RADAR: optical radio detection and ranging - LRF: Laser Range Finding - ALS: Airborne Laser Scanning - TLS: Terrestrial Laser Scanning - ALSM: Airborne Lidar Swath Mapping 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 3
Lazer Tarama Teknolojisi: Giriş - Aktif sensör: çok yüksek enerjiye sahip lazer ışını gönderir ve yansıyan enerjiyi kaydeder. Gece ve gündüz çalışma yeteneğinin yanında, gölgelik alanlarıda ölçme yeteneğine sahiptir. - Hava LiDAR ı; uçuş zamanı (Time of Flight (TOF)) veya nadiren de olsa faz (continuous wave (CW) lasers), ve ilaveten yoğunluk (intensity) ölçer. Bütün ticari ALS sistemleri TOF ı kullanılır. (CW ALS, called SCALARS (Univ. of Stuttgart) ise sürekli dalga ölçer). - Temel olarak, ölçüm kutupsal tekniğe göre yapılır; ışın yönü ve obje ile lazer kaynağı arasındaki mesafe ölçülür. - Çoğu LiDAR sistemi yakın kızıl ötesi ışınları kullanır (NIR). 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 4
Lazer Tarama Teknolojisi: Temel Bileşenler - Lazer transmitter ve detektör/alıcı = mesafe ölçme ünitesi (range measuring unit), - Lazer ışını döndürme/sapma mekanizması (ayna (mirror), poligon (polygon), - GPS/INS (aralarındaki ofset ve yönelme açıları bilinmeli (boresight calibration)). Genelde çift frekanslı ve diferansiyel GPS kullanılır. - Bilgisayar ünitesi (navigasyon, uçuş planlama, depolama) ve hassas zaman ölçer. - Çerçeve yada satır tarayıcılı film tabanlı kamera. - Platformlar: uçak, helikopter ve IHA (UAV). 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 5
LiDAR (ALS) Temel Bileşenler 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 6
LiDAR (ALS) Temel Bileşenler GPS yer istasyonu ile uçak arasında kesin bir uzaklık söz konusu olmayıp, arazi topoğrafyası ve görülebilen uydu sayısına göre bu uzaklık 10-50 km arasında değişebilmektedir. 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 7
Platformlar -Hava (Aerial) Genelde uçak ve helikopter, IHA (İnsansız Hava Aracı, UAV) veya balon. -Yersel (Terrestrial) - Uydu (Satellites) 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 8
Bazı tanımlamalar - Pulse repetition frequency (PRF) or pulse rate: saniyede gönderilen atım sayısı - Echoes (sometimes called pulses): gönderilen bir atım için objeden yansıyan ve kaydedilen atım sayısı - Minimum düşey obje ayırımı (Minimum vertical object separation): 2 ayırt edilebilir eko arasındaki minimum mesafe - Tarama sıklığı (Scan rate): saniyede taranan pattern sayısı (örnek: taranan satır) - Görüş alanı (Field of View (FOV) or scan angle): uçuşa dik yönde lazer ışını görüş alanı - Lazer ışın açısı (Beam divergence): lazer ışınının ortaya çıkardığı açı 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 9
ALS için diğer önemli parametreler -Min. ve mak. uçuş yüksekliği: min. mesafe otoritelerce tanımlanan uçuş yüksekliği ve insan sağlığı için önemli, mak. mesafe ise lazer cihazının gücüne bağlıdır. -Maksimum tarama genişliği (Maximum swath width): uçuş yüksekliği ve FOV e bağlıdır. -Lazer ayak izi (Laser footprint (ground area illuminated by laser beam)): lazer (beam) divergense ve uçuş yüksekliğine bağlıdır. İdealde daire, ancak gerçekte elips veya düzensiz bir pattern olabilir. - Dalga boyu (Wavelength): belirli objeleri ölçmek için önem arz etmektedir. Objeler farklı dalgalara değişik şekilde tepki veririler. 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 10
ALS için diğer önemli parametreler -Uçuş ve uçuşa dik yönde nokta yoğunluğu (Across and along track point density (these 2 define also the average point density)): bir çok parametreye bağlıdır; tarama patterni yada tipi, PRF, tarama sıklığı, uçuş yüksekliği, platform hızı, FOV vb. Bu parametreler iyi bir uçuş planı içinde önemlidir. - Eko sayısı; her bir yoğunluk değeri için kaydedilir. - GPS/INS ölçüm frekansları ve doğrulukları (özellikle INS için) - Kullanılan ilave sensörler (dijital kamera, video, vb.) - Ağırlık, boyutlar, enerji tüketimi, çevresel şartlar (sıcaklık, hava durumu vb.) - Mesafe çözünürlüğü ve doğruluğu - Yazılım (uçuş planı, veri işleme ve transfer vb.) 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 11
ALS için diğer önemli parametreler 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 12
LiDAR sistem özellikleri 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 13
LiDAR data LiDAR data fromat: *.las 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 14
LiDAR data format 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 15
LiDAR nokta sınıfları (ASPRS Standard) 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 16
Niçin LiDAR verisi? 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 17
LiDAR uygulama alanları 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 18
LiDAR uygulama alanları 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 19
LiDAR uygulama alanları- Hacim 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 20
LiDAR uygulama alanları- Ulaşım 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 21
LiDAR uygulama alanları- Dolgu-Yarma 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 22
LiDAR uygulama alanları- Elektrik hattı 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 23
LiDAR uygulama alanları- 3D üretim 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 24
LiDAR uygulama alanları- Detay (bina-ağaç) çıkarma 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 25
Lazer echo sayısı 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 26
ALS: Lazer ışını Spektral Özellikleri - Genellikle kullanılan lazer: Nd:YAG = neodymiumdoped yttrium aluminium garnet -1064 nm dalga boyunda yayılım gösterir - Diğer sistemler: örn. 810 nm (ScaLARS), 900 nm (FLI- MAP), 1540 nm (TopoSys, Riegl) - Lazer sistemler tek bir dalga boyunda ışın yayarlar, ancak batimetrik lazerlar 1064 ve 532 nm dalga boyunda ışın yayarak su yüzeyi ve su altını ölçerler. - Yayılan ışının spektral genişliği oldukça dar olup, Nd:YAG için 0.1-0.5 nm aralığındadır. 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 27
Obje yansıtması Materyal ve Yansıtma Yüzdesi (%) (lazer=900 nm) Çam ağacı, temiz ve kuru 94 Kar 80-90 Limontaşı kil 75 Yapraksız ağaç 60 İğne yapraklı ağaç 30 Karbonat kum (kuru) 57 Karbonat kum (ıslak) 41 Plaj kumu, çöl 50 Beton 24 Asfalt 17 Lav 8 Siyah lastik duvar 2 19.05.2016 Lazer Tarama Teknolojisi- Doç. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 28