LiDAR, abreviação de Light Detection and Ranging, é uma tecnologia emergente de escaneamento LiDAR usada em aplicações de topografia. Ela integra três tecnologias principais: sistemas de alcance a laser, Sistemas de Posicionamento Global (GPS) e Sistemas de Navegação Inercial (INS). Essa integração resultou em avanços significativos na aquisição em tempo real de informações espaciais tridimensionais. O LiDAR fornece um novo meio técnico para obter informações espaciais de alta resolução em termos de tempo e espaço. É considerada a técnica de topografia mais avançada no campo atualmente.
Aplicações do LiDAR em Topografia
(1) Aquisição rápida de modelos digitais de elevação (DEM)
Os dados de nuvem de pontos LiDAR são o produto de dados mais direto na tecnologia LiDAR. A densidade e a precisão dos dados de nuvem de pontos são relativamente altas, e eles podem exibir rapidamente as coordenadas tridimensionais dos pontos. Ao classificar, filtrar ou remover manualmente ou automaticamente nuvens de pontos de alvos como terrenos fora da vegetação ou edifícios, uma rede irregular triangulada (TIN) pode ser construída para obter DEM prontamente. Devido à alta densidade de pontos LiDAR, a geração de DEM é mais conveniente e precisa.
(2) Implementação de topografia básica
Os produtos de topografia básica incluem principalmente modelos digitais de elevação (DEM), imagens ortofotográficas digitais (DOM), mapas de gráfico de linha digital (DLG) e mapas raster digitais (DRG). Independentemente da geração de qualquer um desses produtos, eles exigem a assistência e orientação de informações tridimensionais de alta precisão. A fotogrametria digital é complexa e requer pré-preparação rigorosa e planejamento técnico. Ela exige que o pessoal técnico tenha habilidades operacionais proficientes. No entanto, os dados e as coordenadas tridimensionais obtidos por meio da tecnologia LiDAR podem atingir a correção diferencial de imagem de alta precisão necessária para a produção de DOM, tornando o processo de produção mais simplificado e não mais dependendo da fotogrametria digital. Ela pode ser alcançada em sistemas gerais de processamento de imagens de sensoriamento remoto.
(3) Aplicações na indústria florestal
O LiDAR tem forte capacidade de penetração. Sua boa unidirecionalidade permite que ele passe por espaços estreitos e alcance a superfície do solo, obtendo assim elevação precisa do solo em áreas cobertas por florestas. A aplicação comercial de sistemas LiDAR aerotransportados inicialmente focou na indústria florestal porque dados precisos sobre a cobertura florestal e o terreno subjacente são necessários para o manejo florestal e administração de terras. Técnicas tradicionais têm dificuldade em obter informações precisas sobre a altura e a densidade das árvores. Ao contrário das imagens de satélite, os sistemas LiDAR aerotransportados podem obter simultaneamente a altura das árvores ao pesquisar o terreno sob a copa das árvores.
(4) Engenharia de Topografia
Para levantamentos de engenharia, informações de coordenadas tridimensionais de alta precisão dos alvos de levantamento precisam ser coletadas, e modelos de objetos tridimensionais ainda mais precisos podem precisar ser estabelecidos. Exemplos incluem inspeções de linhas de energia, medições de túneis e minas, levantamentos hidrológicos e outros campos. Tanto o LiDAR terrestre quanto o aéreo são os melhores métodos para resolver esses problemas práticos. Utilizando imagens digitais e informações de textura, a construção de modelos tridimensionais com base em estruturas pode fornecer bases importantes para análise de paisagens, decisões de planejamento, medições de deformação e preservação de objetos.
(5) Digitalização Urbana
Atualmente, várias indústrias estão buscando a digitalização de seus respectivos negócios. Em uma cidade digital, a informação espacial desempenha um papel crucial como a estrutura e plataforma fundamentais para sua construção. Os sistemas LiDAR podem efetivamente adquirir modelos de terreno digital de alta resolução e alta precisão e imagens de ortofoto digital, fornecendo recursos valiosos de informação espacial para cidades e desempenhando um papel significativo no desenvolvimento urbano.
As cidades digitais também exigem a construção de modelos de cidades de alta precisão, verdadeiramente tridimensionais, mensuráveis e realistas como plataformas virtuais para a gestão da cidade. No entanto, as técnicas tradicionais para modelagem urbana 3D consomem tempo, são ineficientes e frequentemente produzem resultados abaixo da média, impactando diretamente a amplitude e a profundidade dos serviços da cidade digital. Ao usar a tecnologia LiDAR para conduzir a varredura LiDAR aérea ou a varredura LiDAR multiangular baseada no solo de edifícios e terrenos, coordenadas de pontos tridimensionais de alta densidade e alta precisão de alvos podem ser obtidas rapidamente.
Os dados da nuvem de pontos podem então ser usados para construir modelos e aplicar mapeamento de textura com suporte de software, permitindo a criação de modelos urbanos 3D em larga escala a partir de várias perspectivas. Além disso, atualizações rápidas e dinâmicas podem ser implementadas, fornecendo uma base confiável para o desenvolvimento contínuo e histórico de fontes de dados básicas para a construção de cidades digitais.
(6) Mapeamento de terreno submarino
Algumas tecnologias LiDAR utilizam dois comprimentos de onda diferentes de feixes LiDAR para medir terrenos subaquáticos. Ao usar luz vermelha (ou luz infravermelha) para medir a superfície da água enquanto penetra na água com luz azul-esverdeada para medir o terreno subaquático, a profundidade da água pode ser calculada com base na diferença de tempo entre os dois feixes recebidos. Isso permite o mapeamento de terrenos subaquáticos em larga escala. Geralmente, o Lidar pode medir a profundidade da água do mar até 50 metros, o que varia com a clareza da água. É amplamente aplicado em indústrias como canais de navegação, ambientes marinhos próximos à costa e hidrologia.
(7) Mineração Digital
Atualmente, as minas e as cidades associadas à mineração enfrentam desafios significativos. A superexploração leva diretamente a problemas ambientais, e a mineração excessiva esgota os recursos. Além disso, fatores internos dentro das operações de mineração e seus impactos sobre pessoas, máquinas, materiais, métodos e o meio ambiente devem ser considerados. Fortalecer a construção da mineração digital é uma abordagem eficaz para abordar esses desafios de múltiplas perspectivas, visando uma solução abrangente.
A tecnologia LiDAR pode ser usada para coletar dados rapidamente em toda a mina e construir modelos tridimensionais, que representam melhor sua forma. Cada componente tem considerações diferentes durante a modelagem. Geralmente, a construção deve ser feita de forma em camadas, e avaliações multidimensionais devem ser conduzidas, focando principalmente em avaliações ambientais, econômicas e de desastres naturais. Isso permite um feedback de dados eficiente, fornecendo disponibilidade contínua de dados 24 horas por dia e garantindo a clareza e a racionalidade da construção geral do modelo. Além disso, facilita a previsão e a avaliação de potenciais acidentes futuros, ajudando a preveni-los proativamente.
(8) Transmissão de energia e layout de gasodutos
Os sistemas de escaneamento LiDAR que operam em plataformas aéreas são mais adequados para medir linhas de transmissão. As aeronaves podem ajustar sua altitude e velocidade conforme necessário para obter dados mais precisos. Ao usar simultaneamente gravadores de vídeo, câmeras digitais e outros sensores na plataforma de aplicativo de escaneamento LiDAR, tanto as medições de escaneamento LiDAR quanto o trabalho de inspeção e mapeamento de linhas podem ser conduzidos de forma síncrona.
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