airborne lidar bathymetry
TRANSCRIPT
Airborne Lidar Bathymetry
Inleiding
LIDAR (LIght Detection And Ranging)
- Dataverzameling vanuit de lucht- Dataverwerking op de grond
Inleiding
Ontwikkeld vanuit nationale overheden:
- V.S.- Canada- Australië- Zweden
Inleiding
- Werking- Nauwkeurigheid- Voor- en nadelen- toepassingen
Werking
Basisuitrusting:- Vliegtuig- Global Positioning System (GPS)- Inertial Navigation System (INS)- Video camera (facultatief)- Laserscanner + koeling
Werking - vliegtuig
- Vliegtuig of helicopter- Lage vlieghoogte- Lage snelheid
Werking - GPS
- Lokalisatie vliegtuig - Referentiestelsel- kGPS- dGPS
Werking - INS
- Inertial Navigation System- Stand vliegtuig- Gyroscopen (traagheid)- 6 parameters:
- Rotatie rond
3 assen- Verplaatsing
langs 3 assenSurge
Sway
Heave
- In sommige systemen- Down looking- Hulpmiddel voor hydrografen- herkenningspunten
Werking – video camera
Werking - laserscanner
Laser zender-ontvanger:- 2 pulsen van ≠ golflengten
- Blauw-groen (zeebodem)- Infrarood (wateroppvlak)
Scanner:- Roterende spiegel voor laser
⇒Brede strook pulsen (scanbreedte ~ vlieghoogte, rotatiehoek)
Werking – laserscanner (I)
- Uitzenden laserpuls- 1064 nm 532 nm
(rood) (blauw-groen)
- Ontvangen gereflecteerde puls
⇒Tijd = 2x schuine afstand
frequentieverdubbelaar
Werking – laserscanner (II)
- Infrarood- Geen penetratie
- Weerkaatst op wateroppervlak
- Blauw-groen- Wel penetratie- Weerkaatst op
zeebodem
Werking – laserscanner (III)
Kanalen ontvanger:- Blauw-groen 1 (bottom return)
- Blauw-groen 2 (bottom return)- Infrarood (surface return)
- Raman (surface return)- Raman-signaal: foton raakt watermolecules
~ uitgezonden signaal~ rotatiesnelheid watermolecules
- Data opslaan voor post processing
Werking - reflectie
- Sterkte reflectie wateroppervlak~ vlieghoogte
- Sterkte reflectie bodem~ vlieghoogte
~ diepte
- Te diep: reflectie vs ruis
Werking - vlucht
- Typische Lidar-vlucht- Lage vlieghoogte (200 m – 500 m)
- θmax tussen 15°en 20°- Scanbreedte ≈ vlieghoogte / 2
- Dichtheid meting hoog (4x4 of 5x5)⇒frequentie: 400 tot 1000 Hz
Vb: h = 250 m
v = 90 m/s
=> 1h : 65 km²
Werking - scanpatroon
Uitgezonden pulsen:- θ in richting beweging vliegtuig⇒Sikkelvormige bogen bij scanning
Nauwkeurigheid
- Horizontale nauwkeurigheid
- Vertikale nauwkeurigheid
Nauwkeurigheid
- Laserstralen- In lucht en over korte afstand
- Fijn- Gecollimeerd
- In water- Smalste bundel verstrooit- Doorsnede kegel ~ diepte
Nauwkeurigheid - vertikale
- IHO Order-1: 0,50 m- LADS Mk II (Perry) :
- 95% binnen 0,24 m
- Diepte: 6 – 30 m
- SHOALS (NOAA):- 95% binnen 0,28 m
Nauwkeurigheid – vertikale (I)
- In stand houden:- Dagelijkse controle
- Dubbel inmeten- Calibraties
- Nauwkeurigheid ligt lager als- Zwakke signale
- Extreem vervuild water- Zeer steile hellingen
- Kleine objecten
- Steile bodems⇒Geometrisch probleem
- Eindige diameter- Diepste punt inmeten
⇒Verplaatsing in horizontaal vlak! vliegrichting
Nauwkeurigheid – vertikale (II)
Nauwkeurigheid – vertikale (III)
- θ (off-nadir angle) - Vliegrichting t.o.v. Helling
⇒Kleine verschillen
⇒Complexe algoritmen
Merk op:- Fouten niet van vertikale aard
=> Horizontale verplaatsing
Nauwkeurigheid - horizontale
- Lokatie meetpunt: 3 componenten- Positie vliegtuig
- Surface spot t.o.v. vliegtuig- Bottom spot t.o.v. surface spot
?
?
?
Nauwkeurigheid – horizontale I
- Positie vliegtuig- kGPS
- dGPS
- Surface spot- Off-nadir angle (θ)- Vlieghoogte
- Bottom spot- ~ diepte (verstrooiing)
Voordelen
- Snel en accuraat- Bedekt met ijs, ramen stormschade
- Grote en kleine projectgebieden- Vanuit de lucht
- Moeilijk, gevaarlijk, onmogelijk voor ‘waterborne technieken’
- Koraalrif, natuurgebied
Voordelen I
- ‘dual-mode’ (water + land)- Actief systeem (zendt zelf pulsen uit)
- ‘s Nachts meten mogelijk
- Lage vlieghoogte- Wolken boven vliegtuig
Voordelen II
- Belangrijkste: ‘cost efficiency’- Experimenten:
- Prijs Lidar = 1/5 tot 1/2 prijs waterborne- ~ omgevingsomstandigheden
Nadelen
- Maximale meetbare diepte- ~ Helderheid water
- Bottem return relatief sterk en ruisvrij
- Detectie kleine objecten- 1 m³
Nadelen I
- Belemmeringen- Regen, mist, lage bewolking
- Laser weerkaatst in waterdruppels
- Sterke wind- Rotskusten (kliffen)- Schuimkoppen- Hoge golven- Nevel- Verandering meetdensiteit
Nadelen II
- Hoge golven- Veerkeerd gemiddeld zeeniveau
- Glinstering van de zon- Ruis
- Verblinding- Niet op plaatselijke middag
- Zeewierbanken- Verkeerdelijke detectie bodem
Toepassingen
- Nautische kaarten
- Sedimentverplaatsing
- Wrakdetectie
- DTM (water, kust, land)
Toepassingen I
- Coastal zone mapping
- Inspectie havens en havengeulen
- Ondiepe wateren, moerassen, overstromingsgebieden
Toepassingen II
- Militaire doeleinden:- ‘Antisubmarine warfare’
- ‘Rapid environmental assessment’
- Ramen schade na orkanen e.d.
Lidar
- Vragen?