Lidar (LIght Detection And Ranging), alkalmazások,

Az előadások a következő témára: "Lidar (LIght Detection And Ranging), alkalmazások,"— Előadás másolata:

1 Lidar (LIght Detection And Ranging), alkalmazások,
Alapja a lézer kibocsátás és detektálás. LASER=Light Amplification by Stimulated Emission Radiation Digitális felszínmodellek (DSM, DEM, DTM), repülőgépes Lidar (ALS) 3D városmodellezés (Dániban kész az első teljes főleg Lidar alapú „országmodell”) Geológiai (geomorfológia), hidrológiai célú modellek, vízlefolyás előrejelzés, árvízveszély... Erdészeti alkalmazások, biomassza ill. Fa-tömeg becslése Sarki jégtakaró monitorozása ICEsat, GLAS Légköri aeroszol és felhők, magassági eloszlás (CALIPSO) DIAL (Differential Absorption Lidar), légköri összetevők azonosítása Lidar jellemzők, Lidar-Radar

2 Lidar jellemzők (légi és műholdas műszerek) :
UV-látható-NIR (250nm – 10 μm), kisebb sűrűségeknél veszíti el az áthatoló képességét (mint a MW) Általában a lézersugár nyílásszöge: <1mrad Spektrális sávszélesség ~0.5nm Fix frekvenciák és többszöröseik, kivéve a hangolható lézereket, félvezető lézerek Repülőgépről (ALS), műholdról és a felszínről is használják Hullámforma és diszkrét visszaverődési pontok (waveform and discrete return) Nyers adat – Diszkrét pontfelhő – georeferencia a műszer pálya és állásszög alapján – feldolgozás TIN (triangulated irregular network), DEM – térképek (pl. erdőmagasság térkép) Légi LIDAR felbontása: 2-15cm függőlegesen, cm vízszintesen Működési paraméterek (ALS) pulzus/sec ALS a jövőben: pps, több hullámhossz, polarizáció - több információ a céltárgyról (anyagfajta azonosítás). Lidar

3 Lidar és többcsatornás képalkotó rendszerek együttes alkalmazása
A Lidar pontfelhő egyes pontjaihoz a többcsatornás kép megfellő pontjait rendeljük Lidar

4 3D városmodellek Lidar, ALS
A 3D modell Lidar mérésekből készül, a színek többcsatornás felvételekből származnak Lidar, ALS

5 Légi Lidar mérések, Airborne Laser Scanning=ALS
Kétféle műszer használatos Amely megőrzi a teljes jelalakot Amely véges számú visszavert jelet rögzít A mérések főbb jellemzői: m magasságból ~50000 impulzus/s 10cm/1000m körüli pontosság 10-40 pont/m2 Gyorsan készíthető DTM Feldolgozás: 3D pontfelhő szűrése, mi a földfelszíni pont, mi épület, fa ... Ezután háromszögháló a felszíni pontokból (TIN), ez a DTM alapja Felhasználások: Topográfiai felmérések Lefolyási irányok meghatározása Geomorfológia Erdészeti alkalmazások, biomassza, faanyag-tömeg becslés Mezőgazdasági felhasználások, a DTM-ből kapható lejtőszögek, dőlésirányok és a vízmegtartó képesség becslésével (nincs lefolyás...) Lidar

6 Geomorfológia Lidar

7 Erdészeti alkalmazások (Lidar)
Meghatározható a szálmagasság, és a biomassza vertikális eloszlása A DTM az eróziót elkerülendő mérnöki munkákhoz ad segítséget, árkok, utak Az ágszerkezet vizsgálatával a száraz gallyak mennyisége is becsülhető lehet (tűzvédelem) 3D pontfelhő erdős területről ALS

8 Egy erdészeti alkalmazás
Lidar,ALS

9 DIAL, Differential Absorption Lidar
Hangolható lézerrel az abszorpciós sávbeli és az azon kívüli visszavert jel különbségéből becsülhető az iránymenti reflexió, ill a sűrűség. Hangolható lézer: Ti: Sapphire (Al2O3)  Ti:Al2O3 lasers nm Felhasználás: Légköri aeroszol és vízpára profilok LASE kísérlet: 16-21km magasság 30, 40m felbontás, függ., vízsz. Nagy vízpára sűrűségnél már nem jó Lidar

10 Molekulasávok a látható tartományban
DIAL

11 ICESat (Ice, Cloud, and land Elevation Satellite) NASA, 2003-2009, ICEsat-2: 2017
94º inclination, polar orbit Geoscience Laser Altimeter System (GLAS) Működése: 3 lézer berendezés egyszerre, 532nm és 1064nm. 40 pulzus/sec, 70 m-es footprint 170m-enként. A felszín magasságának mérése + légköri profil a visszavert jelalakból. Feladat Elsősorban a sarki jégtakaró monitorozása Légköri aeroszol profilok

12 ICEsat vertikális profil

13 ICESat, NASA

14 LASE (Lidar Atmospheric Sensing Experiment) kísérlet (1995), légköri vízpára profil mérése repülőgépről DIAL

15 Lidar-Radar közös v. egymást kiegészítő alkalmazások
A légkörben az aeroszol, víz és jég részecskék eloszlása (Lidar kisebb sűrűségekre alkalmas), CALIPSO-CloudSat 3D terepmodellek (eltérő felbontás, és teljes terület nagyság) Mezőgazdasági, erdészeti alkalmazások, egyrészt DTM-lel kapcsolatban

16 CALIPSO ÉS CLOUDSAT (kilövés: 2006.04.28)
CALIPSO nadír irányú műszerek CALIOP=Cloud-aerosol Lidar with Orthogonal Polarization 1064nm és 532nm, az utóbbin kétféle polarizációval IIR: Képalkotó infravörös radiométer Széles apertúrájú kamera (MODIS 1 csatorna) CloudSat CPR: Cloud Profiling Radar, mint a felszíni felhőradarok (94GHz) nadir irányú 1.85m-es antenna 94 GHz, mint a felszíni időjárási radarok 500m vertikális felbontás Felbontás 1.7km x 1.4km (Along-,Cross track) PRF 4300Hz, pulzus-szélesség 3.3μsec Részei az A-Train-nek, más műholdakkal szoros konstellációban

17 A-Train (Afternoon Train): CALIPSO-Cloudsat-AQUA-AURA-PARASOL (15 percen belül CALIPSO-Cloudsat (15 másodpercen belül, 2012 ~1sec) Egymás méréseit pontosítják, kalibrálják, a közeli áthaladások miatt a felszínen nem változnak sokat a körülmények 705 km-es napszinkron pálya OCO= Orbiting Carbon Observatory, 3 csatornás (CO2 sávokban) spektrométerrel, Kilövéskor megsemmisült. PARASOL (francia), CCD mátrix, VIS/NIR csatornákon 15 szűrővel, némely polár szűrő

18 CALIPSO / CALIOP (Cloud-Aerosol LIdar with Orthogonal Polarization)
Nadír irányú műszerek Lidar: 1064nm és 532 nm, az utóbbin kétféle polarizációval Nd:YAG lézer  (neodymium-doped yttrium aluminum garnet; Nd:Y3Al5O12)  , 0.45nm vonalszélesség +1 redundáns lézer transzmitter 1m-es vevő távcső FOV = 0.13mrad Felbontás 30-60m vertikális, 333m horizontális Tudományos célok: (adatgyűjtés az időjárás és klíma modellekhez) Az aeroszolok hatása a klímára és az időjárásra Az aeroszolok és felhők kölcsönhatása, csapadékképződés Milyen szerepük van az aeroszoloknak a légkör hőháztartásában? Calipso-Cloudsat

19 CLOUDSAT (JPL) CPR: Cloud Profiling Radar
nadir irányú 1.85m-es antenna 94 GHz, mint a felszíni időjárási radarok 500m vertikális felbontás Felbontás 1.7km x 1.4km (Along-,Cross track) PRF 4300Hz, pulzus-szélesség 3.3μsec Tudományos célok: Hogyan modellezhetők és milyen sugárzási tulajdonságai vannak a felhőknek Vertikális víz és jégeloszlás a felhőkben Csapadékképződés és a felhők viszonya Hóesés detektálása az űrből Az egyetlen műszer, amellyel megfigyelhető napi rendszerességgel a sarkok körüli csapadék Calipso-Cloudsat