2 Общие сведения о лидарной съемке

Лидарная съемка – технология получения и обработки информации об удалённых объектах с помощью активных оптических систем, использующих явления отражения света и его рассеивания в прозрачных и полупрозрачных средах [7].

Лидар - оптический локатор для дистанционного зондирования воздушных и водных сред. Также к лидарам относят оптические локаторы, которые позволяют дистанционно получать информацию о твердых объектах.

Слово "лидар" происходит от английского lidar, по первым буквам слов Light detection and ranging - обнаружение и определение дальности с помощью света. Как правило, лидар содержит источник оптического излучения (лазер), телескоп с приёмником света, установленные на общем поворотном основании, а также систему регистрации и обработки результатов зондирования, устройства управления и отображения информации [6].

Путем использования технологии LIDAR возможно получить также снимки широкого спектра. Эти данные обрабатывают специальным программным обеспечением, и быстро и удобно получают несколько продуктов, используемых в разных сферах. В основе лежит точечное облако, через обработку которого получают цифровую модель рельефа, цифровую модель поверхности и определенные контуры, типы использования земли, а также изображения интенсивности, часто применяемые для определения горизонтальной четкости данных LIDAR. Главной задачей систем лидарной съемки является получение 3-х мерных точечных измерений для разработки цифровых моделей поверхности, цифровых моделей высоты [8].

2.1 Исследование атмосферы

Лидары для изучения атмосферs способны не только определять расстояния до непрозрачных отражающих целей, но и анализировать свойства прозрачной среды, рассеивающей свет. Как правило, исследуются тропосфера и стратосфера.

Разновидностью атмосферных лидаров являются доплеровские лидары (рис.1), определяющие направление и скорость перемещения воздушных потоков в различных слоях атмосферы [6]. К примеру, практически во всех аэропортах установлены доплеровские лидары, благодаря которым можно обнаружить опасные вихревые потоки.

Большое внимание уделяется изучению аэрозолей – твердых или жидких, взвешенных в воздухе частиц. Для зондирования используют несколько вариантов систем: одноволновые, многоволновые и поляризационные. Многообразие таких систем связано с важностью получения информации о физических параметрах атмосферного аэрозоля, которые зачастую определяют тип загрязнения. В то же время получение такой информации является технически сложной задачей в связи с многообразием типов аэрозолей [9]. Рассеяние света в атмосфере происходит как молекулами воздуха (Релеевское рассеяние), так и частицами аэрозоля. Таким образом, наличие аэрозоля в атмосфере увеличивает сигнал обратного рассеяния по сравнению с чистой атмосферой, и их концентрация может быть определена как функция расстояния и интенсивности сигнала на фоне чистой атмосферы [10].

Особый класс дифференциальных лидаров (differential absorption lidar, DIAL), излучающих одновременно свет с разной длиной волны, способен эффективно определять концентрацию отдельных газов, оптические показатели которых зависят от длины волны. Если отсутствует аэрозольное рассеяние, то мощность обратно рассеянного сигнала прямо пропорциональна плотности воздуха, из которой можно рассчитать температуру.

Лидар, размещённый на возвышенности (на холме или на мачте) и сканирующий горизонт, способен различать аномалии в воздухе, порождённые очагами пожаров. В отличие от пассивных инфракрасных систем, распознающих только тепловые изменения, лидар выявляет дымы по аномалиям, порождаемым частицами горения, изменению химического состава и прозрачности воздуха и т. п. Технология с радиусом обнаружения дымов в 20 км была впервые заявлена в 1990, активные поиски оптимальных конфигураций систем ведутся и сегодня [7].