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?