LiDAR 원격 감지: 원리, 응용, 무료 리소스 및 소프트웨어

항공 LiDAR 센서레이저 펄스에서 특정 지점을 포착하는 이산 반사 측정 방식이나, 반사되는 전체 신호를 기록하는 전파형 측정 방식을 1ns(약 15cm 범위)와 같은 고정된 간격으로 사용할 수 있습니다. 전파형 LiDAR는 주로 임업 분야에서 사용되는 반면, 이산 반사 LiDAR는 다양한 분야에서 폭넓게 활용됩니다. 이 글에서는 주로 이산 반사 LiDAR와 그 활용 분야에 대해 다룹니다. 이 장에서는 LiDAR의 기본 구성 요소, 작동 원리, 정확도, 시스템 및 활용 가능한 자원 등 몇 가지 핵심 주제를 살펴봅니다.

LiDAR의 기본 구성 요소

지상 기반 LiDAR 시스템은 일반적으로 500~600nm 파장의 레이저를 사용하는 반면, 항공 LiDAR 시스템은 1000~1600nm 범위의 더 긴 파장을 가진 레이저를 사용합니다. 표준 항공 LiDAR 시스템은 레이저 스캐너, 거리 측정 장치(레인지 유닛), 그리고 제어, 모니터링 및 기록 시스템으로 구성됩니다. 또한, 차분 글로벌 위치 결정 시스템(DGPS)과 관성 측정 장치(IMU)가 포함되며, 이들은 종종 위치 및 방향 시스템이라고 하는 단일 시스템으로 통합됩니다. 이 시스템은 정확한 위치(경도, 위도 및 고도)와 방향(롤, 피치 및 헤딩) 데이터를 제공합니다.

 레이저가 영역을 스캔하는 패턴은 지그재그, 평행 또는 타원형 경로를 포함하여 다양할 수 있습니다. DGPS 및 IMU 데이터는 보정 데이터 및 장착 매개변수와 함께 사용되어 시스템이 수집된 레이저 포인트를 정확하게 처리할 수 있도록 합니다. 그런 다음 이러한 포인트에는 1984년 세계 측지 시스템(WGS84) 측지계를 사용하는 지리 좌표계에서 좌표(x, y, z)가 할당됩니다.

LiDAR는 어떻게 작동할까요?원격 감지공장간단하게 설명해 주세요.

LiDAR 시스템은 목표 물체 또는 표면을 향해 빠른 레이저 펄스를 방출합니다.

레이저 펄스는 목표물에 반사되어 LiDAR 센서로 되돌아옵니다.

센서는 각 펄스가 목표물까지 갔다가 돌아오는 데 걸리는 시간을 정밀하게 측정합니다.

빛의 속도와 이동 시간을 이용하여 목표물까지의 거리를 계산합니다.

GPS 및 IMU 센서에서 얻은 위치 및 방향 데이터와 결합하여 레이저 반사의 정확한 3D 좌표를 결정합니다.

그 결과 스캔한 표면이나 물체를 나타내는 조밀한 3D 포인트 클라우드가 생성됩니다.

라이다의 물리적 원리

LiDAR 시스템은 펄스형 레이저와 연속파형 레이저 두 가지 유형의 레이저를 사용합니다. 펄스형 LiDAR 시스템은 짧은 광 펄스를 발사한 후 이 펄스가 목표물까지 갔다가 수신기로 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정합니다. 이 왕복 시간 측정값을 통해 목표물까지의 거리를 계산할 수 있습니다. 그림에서 송신된 광 신호(AT)와 수신된 광 신호(AR)의 진폭을 나타낸 예시를 볼 수 있습니다. 이 시스템에서 사용하는 기본 공식은 빛의 속도(c)와 목표물까지의 거리(R)를 이용하여 빛이 돌아오는 데 걸리는 시간을 기반으로 거리를 계산하는 것입니다.