Литература

Лазерная локация земли и леса

1.2. Справка по истории лазерной локации

1.2.1. Как уже было сказано выше, приборы, которые сегодня принято называть лидарами или лазерными сканерами, можно рассматривать как механическое совмещение двух независимых (т.е. практически невзаимодействующих в процессе съемки) компонентов, а именно – дальномерного (сканерного) блока и навигационного комплекса типа GPS+Инерциальная система. Это замечание очень важно, так как позволяет лучше проследить историю возникновения лазерно-локационных систем и их практического применения. С практической точки зрения такое деление значительно упрощает изучение реальной точности лидаров, так как позволяет анализировать влияние этих двух компонентов на характер получаемых данных, в частности на их точность, раздельно.

Примерно 20 лет назад была предложена законченная теория электронно-оптических измерений в геодезии (Шануров, 1991), которая с успехом может быть использована для оценки функциональных возможностей дальномерного блока современного лазерного сканера, использующего, как известно, твердотельный лазер в качестве излучателя. Такая теория позволяет получить оценку достижимой точности, разрешающей способности, влияния атмосферных условий и других практически значимых параметров. Практически полностью заимствована и терминология. Так, лазерные сканеры делятся на когерентные и некогерентные, использующие фазовый или импульсный метод измерения дальности. Приходится признать, что лазерная локация как отдельная дисциплина пока не внесла ничего принципиально нового в теоретическую дальнометрию, что, впрочем, облегчает ее освоение.

Что касается второго главного компонента сканера – навигационного комплекса, обеспечивающего каждое первичное измерение полным набором элементов внешнего ориентирования, то, как указано выше, его работа строится на взаимодействии в реальном времени GPS/ГЛОНАСС приемника и инерциальной системы. Развитие и совершенствование таких систем происходит очень бурно в последнее десятилетие, и следует признать это направление в высшей степени инновационным и с теоретической, и с технологической точек зрения. Однако широкое использование комбинированных GPS/INS систем является тенденцией современного авиационного дистанционного зондирования вообще, а не только лазерной локации. Такие системы применяются и с аэрофотоаппаратами, с телевизионными и тепловизионными сканерами, и с радиолокационными системами. Поэтому неверно было бы понимать GPS/INS метод построения навигационного решения исключительно как атрибут лазерной локации.

1.2.2. Родословная современных лазерных сканеров отразилась на терминологии. В отечественной и зарубежной литературе пока нет устоявшегося термина для обозначения приборов этого типа. Одновременно используются термины «лазерный локатор» (laser locator), «лазерный сканер» (laser scanner) и «лидар» (lidar). В России чаще говорят «лазерный сканер», а за рубежом – «lidar». В таблице 2 представлены основные достоинства и недостатки используемых терминов.

Таблица 2. Сводная таблица взаимозаменяемых терминов, определяющих понятие «лазерная локация»

ТерминДостоинстваНедостатки
Лазерное сканированиеДо настоящего времени наиболее употребительный термин в зарубежной литературеНе в полной мере соответствует сути явления. Не удобен грамматически
Лазерная локацияНаиболее точно описывает явление. Соответствует отечественной традиции (оптическая локация, световая локация)Менее употребителен в зарубежной литературе
Лидар (LIDAR)Достаточно точно описывает явление: Light Deection and Ranging. Выражает этимологическую преемственность с термином «радар» – RADAR, Radio Detection and Ranging. В последнее время становится все более употребителен в зарубежной литературеНет

В заключение этого короткого раздела представим график, который выражает динамику изменения важнейшего технического параметра, характеризующего производительность воздушных лидаров (рис. 6). В дальнейшем будет показано, что таким параметром является частота зондирующих импульсов, или, что тоже самое,количество первичных измерений в секунду. Как видно из рисунка 6, за десять лет с момента появления лидаров их производительность возросла более чем на порядок. Именно этот стремительный рост производительности в течение последних десяти лет определял технологические и экономические условия, в которых развивалась лазерная локация в России и в мире в целом.