powrót

Zdzisław Kurczyński

DTM inaczej

Lotniczy skaner laserowy – nowa technologia pozyskiwania danych o rzeźbie terenu.
Rośnie zapotrzebowanie na wiarygodną i dostarczaną w krótkim czasie informację o rzeźbie terenu. Również w kraju, szczególnie po powodzi latem 1997 r., wzrosła świadomość znaczenia takich informacji. Czynione są przygotowania do budowy Numerycznego Modelu Rzeźby Terenu (DTM – Digital Terrain Model) o zasięgu krajowym. Źródłem danych dla budowy DTM jest fotogrametryczne opracowanie zdjęć lotniczych lub istniejące, tradycyjne opracowania kartograficzne. W ostatnich latach pojawiło się nowe źródło: lotniczy skaner laserowy. Zalety tej techniki wskazują, że w zakresie budowy precyzyjnych DTM wyprze ona tradycyjne zdjęcia lotnicze.

Zasada działania
Ideę skaningu laserowego można sprowadzić do zasady laserowego pomiaru odległości z lecącego samolotu (helikoptera) do punktów powierzchni terenu. Jeżeli gęstość terenowych punktów pomiarowych jest duża (taka np. że ich średnia odległość wynosi metr do kilku metrów), to w efekcie uzyskuje się quasi-ciagłą, przestrzenną reprezentację powierzchni terenu.
W praktyce promień dalmierza laserowego poprzez zwierciadło skanujące i układ światłowodów „przeczesuje” teren w płaszczyźnie poprzecznej do kierunku lotu. Laser działa impulsowo i z dużą częstotliwością „próbkuje” teren. Energia częściowo odbita od powierzchni terenu jest poprzez układ optyczny skanera odbierana i rejestrowana. Tak jak w tradycyjnym dalmierzu laserowym, na podstawie pomiaru czasu powrotu odbitego sygnału, określa się odległość: samolot – punkt terenowy.
Z dalmierzem synchronicznie współpracuje system GPS określający pozycję samolotu, z której wysłano impuls, oraz inercjalny system nawigacyjny określający aktualne nachylenia kątowe platformy, na której zamontowana jest optyczna głowica skanująca. Integracja danych z tych trzech systemów pomiarowych daje położenie, z którego wykonano pomiar odległości, samą odległość i jej kierunek w przestrzeni. Pozwala to określić współrzędne punktu terenowego X, Y, Z, w który w danym momencie był wycelowany laser.
Nietrudno dostrzec, że – na poziomie idei – lotniczy skaner laserowy działa jak szybki tachimetr elektroniczny, toteż system ten nazywany jest „lotniczą total station”.

Architektura systemu
Na system lotniczego skaningu laserowego składają się dwa segmenty: pokładowy (latający) i naziemny. W skład segmentu pokładowego wchodzi:
- dalmierz laserowy (LRF – Laser Range Finder),
- system pozycjonowania trajektorii lotu oparty na GPS (Global Positioning System),
- inercjalny system nawigacyjny INS (Inertial Navigation System),
- kamera (lub kamery) wideo,
- blok rejestracji danych,
- system planowania i zarządzania lotem.
Na segment naziemny składa się:
- naziemna, referencyjna stacja GPS,
- stacja robocza do obróbki i przetwarzania danych i generowania wynikowego DTM (tryb off-line).
Dalmierz laserowy (LRF) działa w zakresie podczerwieni (bliska podczerwień, do 1540 nm) lub (rzadziej) w zakresie widzialnym. Dalmierz działa impulsowo, z częstotliwością rzędu kilku kHz. Oznacza to próbkowanie (pomiar odległości) do kilku tysięcy punktów na sekundę. Promień lasera poprzez optyczny układ skanujący (zwierciadło obrotowe lub oscylujące) kierowany jest w płaszczyźnie poprzecznej do trajektorii lotu. W wyniku ruchu samolotu uzyskuje się w jednym przelocie obraz prostokątnego pasa terenu. Impuls laserowy dociera do powierzchni terenu i jest przez nią rozpraszany.

Pełna treść artykułu w lutowym wydaniu miesięcznika GEODETA

powrót