Литература

Лазерная локация земли и леса

5.2. Физические ограничения лазерно-локационного метода и пути их преодоления

Под физическими ограничениями лазерно-локационного метода понимают такие явления, которые либо препятствуют получению данных, либо приводят к возникновениюособенностей, требующих правильной интерпретации, а иногда принятия специальных мер на этапе наземной обработки для продолжения последующего корректного использования. В соответствии с принятой в данной работе методологией к физическим ограничениям прямо не относятся метрологические вопросы, которые определяют точность получаемых данных. Рассмотрим все основные ограничения последовательно.

  • Множественные отражения от тонких линейных объектов – «гроздья» (рис. 42).
pic_42.jpg
Рисунок 42. Множественные отражения от тонких линейных объектов - «гроздья»

Такое явление наблюдается при низкочастотном сканировании линейных объектов, когда сканы распределяются в пространстве очень близко друг к другу или даже с перекрытием. Ведет к существенному снижению информативности при съемке ЛЭП, а также леса и всех других сцен, в которых представлены подобные линейные объекты. Действительно, среди лазерных точек, входящих в «гроздь», только одна является полностью информативной. Условно назовем ее главной. Координаты остальных лазерных точек отличаются от координат главной только на величину шума, связанного с фактической шириной зондирующего луча, особенностями приема и состояния атмосферы. Однако это различие не несет никакой дополнительной информации об объекте съемки. Такое явление является в чистом виде паразитным, так как приводит только к пустому расходованию информационной мощности локатора. Метод преодоления этого явления основан на правильном выборе режима сканирования, когда невозможно чрезмерное сближение сканов.

Эффект Гутелиуса. Проявляется в отражении лазерного импульса от взвешенных атмосферных частиц (рис. 43). Такое отражение имеет место только на очень коротких дальностях, где плотность энергии луча очень высока. Это в чистом виде паразитное явление.

pic_43.jpg
Рисунок 43. Эффект Гутелиуса

Борьба с эффектом Гутелиуса не представляет серьезной проблемы. В связи с тем, что ложные отражения имеют место только на очень коротких дальностях, наиболее эффективный метод борьбы с эффектом Гутелиуса на этапе расчета лазерных точек заключается в запрете генерации точек с дальностями меньше некоторого порогового значения, например 50 м. Однако борьба с этим явлением возможна и на этапе, когда анализируется уже полностью сформированное облако лазерных точек. Точки ложных отражений от атмосферы могут быть эффективно выделены и удалены на основе их морфологических признаков – эти точки всегда имеют большие значения высоты (расположены выше остальных точек сцены) и отделены от множества остальных точек свободным пространством размером, сравнимым с высотой полета.

  •  Экранирование земли. Проявляется в том, что первый зарегистрированный импульс делает невозможной регистрацию последующих, которые расположены ближе 3–5 м. Это является следствием ненулевой ширины зондирующего импульса и конечным временем срабатывания электронной схемы дискретизатора. Эффект имеет крайне негативное проявление при съемке поверхности земли, покрытой порослью, которая, таким образом, значительно снижает количество отражений от истинной земли. Следствием этого эффекта является тот факт, что при выполнении дуальной FIRST-LAST съемки дополнительный выигрыш по количеству точек составляет не более 20–25% для типовых сцен. Этот недостаток может быть преодолен только совершенствованием аппаратного комплекса, в частности за счет повышения быстродействия дискретизатора. Это обстоятельство необходимо принимать во внимание при планировании аэросъемочных работ в районах с густой растительностью.

  • Отражение от водной поверхности. Приводит к практически полной потере отраженного сигнала вследствие зеркального характера отражения (рис. 44).
pic_44.jpg
Рисунок 44. Отражение лазерных импульсов от водной поверхности

Однако, это явление не может считаться в чистом виде негативным. Действительно, хотя снижение количества вернувшихся отражений от невозмущенной водной поверхности составляет не более 1–2% от общего числа импульсов, во многих случаях этого количества достаточно для определения уровня геодезической высоты водоема. Исключения составляют лишь узкие ручьи, расположенные перпендикулярно к направлению съемки. С другой стороны, факт отсутствия отражений от водной поверхности имеет и некоторые положительные стороны:

  • очень четко на ЛЛ изображении представлена граница водной и земной поверхности, что позволяет четко выделять береговую линию. Возможно даже автоматическое распознавание;
  • во многих случаях отсутствие отражений на ЛЛ изображении может выступать в качестве дополнительного дешифровочного признака при обнаружении заболоченных участков, районов с подтопленным грунтом, которые с трудом могут быть дешифрированы по аэроснимкам.

  • Бликующие объекты. В случае объектов, содержащих металлические элементы с прямыми двухгранными углами (уголковые отражатели), имеет место сложное многолучевое переотражение (рис. 45). В этом случае при регистрации в режиме LAST появляются ложные точки.
pic_45.jpg
Рисунок 45. Эффект многолучевого переотражения

Например, в практике съемки ЛЭП это явление наиболее отчетливо проявляется при использовании наклонного положения сканерного блока (Медведев, 2003), которое используется специально для более содержательного изображения тела опоры по сравнению со строго вертикальным положением. В результате появляются ложные лазерные точки на продолжении линии распространения луча. Другим примером является ЛЛ изображение рифленой крыши. Причина возникновения подобного явления иллюстрируется на рисунке 46.

pic_46.jpg
Рисунок 46. К образованию многолучевого переотражения

Отметим, что аналогичное явление наблюдается и при использовании других активных средств авиационного дистанционного зондирования. Так, в радиолокации используются уголковые отражатели в качестве реперных точек.