Космический мониторинг: Технология LiDAR

1.

Космический
мониторинг:
Технология LiDAR
В современном мире космический мониторинг играет ключевую роль в
научных исследованиях и управлении природными ресурсами. Среди
множества технологий выделяется лазерное сканирование, или LiDAR,
предоставляющее высокоточные данные о поверхности Земли. Эта
презентация посвящена методу космического мониторинга с
использованием LiDAR, его истории, принципам работы и областям
применения. Мы рассмотрим преимущества, технические характеристики,
современные спутники, оснащенные этой технологией, и перспективы
развития. Цель – предоставить студентам и аспирантам углубленное
понимание LiDAR как ключевого инструмента космического мониторинга.

2.

Что такое LiDAR?
Лазерное
Высокоточное 3D-
Принцип работы:
дистанционное
картографирование
лазерные импульсы и
зондирование Земли
поверхности
отраженный сигнал
LiDAR – это технология активного
Основное применение LiDAR – создание
LiDAR работает путем испускания
дистанционного зондирования,
высокоточных трехмерных моделей
лазерных импульсов и анализа
использующая лазерные импульсы для
местности, что позволяет детально
времени, за которое отраженный
измерения расстояний до объектов на
изучать рельеф и объекты на
сигнал возвращается к сенсору, что
поверхности Земли.
поверхности.
позволяет определить расстояние до
объекта.

3.

История развития
технологии
1
Военные разработки в 1960-х годах
Первые LiDAR-системы были разработаны в 1960-х годах для военных
целей, таких как обнаружение подводных лодок и картографирование
местности.
2
Первое космическое применение в 1970-х
В 1970-х годах LiDAR впервые был применен в космосе для изучения
атмосферы и поверхности Луны в рамках миссий Apollo.
3
Революция точности в картографировании
С развитием технологий LiDAR стал незаменимым инструментом для
высокоточного картографирования, предоставляя данные с точностью до
нескольких сантиметров.

4.

Принципы работы
космического LiDAR
1
Лазерное сканирование с орбиты
Спутники с LiDAR сканируют поверхность Земли, испуская лазерные импульсы и
регистрируя отраженные сигналы для создания трехмерных моделей.
2 Точность измерений до 10 см
Современные LiDAR-системы обеспечивают высокую точность измерений, позволяя
определять высоту объектов с погрешностью до 10 сантиметров.
3 Многоволновое сканирование
Использование нескольких длин волн лазерного излучения позволяет получать
дополнительную информацию о составе и свойствах поверхности.
4 Обработка данных суперкомпьютерами
Огромные объемы данных, полученных с помощью LiDAR, обрабатываются с
использованием суперкомпьютеров для создания детальных карт и моделей.

5.

Области применения
Геология и картография
Создание детальных карт рельефа, обнаружение геологических
структур и мониторинг изменений поверхности.
Мониторинг изменений климата
Измерение высоты ледников, оценка запасов снега и изучение влияния
климата на лесные экосистемы.
Исследование лесных экосистем
Оценка биомассы лесов, определение высоты деревьев и изучение
структуры лесного покрова.
Прогнозирование природных катастроф
Мониторинг оползней, оценка риска наводнений и изучение
сейсмической активности.

6.

Преимущества космического LiDAR
Глобальный охват
Высокая точность
Возможность съемки
территорий
измерений
труднодоступных
Космический LiDAR обеспечивает
Технология LiDAR позволяет проводить
районов
возможность получения данных о
измерения с высокой точностью, что
Космический LiDAR позволяет получать
поверхности Земли в глобальном
особенно важно для научных
данные о районах, недоступных для
масштабе, включая труднодоступные
исследований и мониторинга
наземных и воздушных съемок, таких
регионы.
изменений.
как горные вершины и арктические
регионы.

7.

Технические
характеристики
500-700
Высота орбиты (км)
Типичная высота орбиты спутников с LiDAR для обеспечения оптимального покрытия и точности измерений.
100
Частота лазерных импульсов (кГц)
Частота, с которой лазер испускает импульсы, влияющая на плотность точек сканирования.
50
Плотность точек сканирования (точек/м²)
Количество точек сканирования на квадратный метр, определяющее детализацию получаемой модели.
900-1550
Спектральный диапазон (нм)
Диапазон длин волн лазерного излучения, используемый для получения информации о составе поверхности.

8.

Современные спутники с LiDAR
NASA: миссия ICESAT-2
1
Спутник ICESAT-2, оснащенный передовым LiDAR, предназначен для измерения
изменений ледяного покрова Земли.
ESA: проект Sentinel
2
Серия спутников Sentinel Европейского космического агентства,
включающая LiDAR для мониторинга окружающей среды.
Российские разработки спутников
3
Разработка российских спутников с LiDAR для изучения
природных ресурсов и мониторинга изменений климата.

9.

Будущее технологии
Искусственный
Миниатюризация
интеллект в обработке
оборудования
данных
1
Применение алгоритмов машинного
2
обучения для автоматической
обработки и анализа данных LiDAR.
Расширение областей применения
LiDAR в сельском хозяйстве, городском
планировании и автономном
транспорте.
LiDAR-систем для установки на малые
спутники и дроны.
Новые области
применения
Разработка компактных и легких
4
Повышение точности
3
сканирования
Улучшение алгоритмов и сенсоров для
достижения еще большей точности
измерений.

10.

Заключение
LiDAR представляет собой ключевую технологию в области космического мониторинга, предоставляя ценные данные для научных
исследований и практических применений. Высокая точность, глобальный охват и возможность съемки труднодоступных районов
делают LiDAR незаменимым инструментом для изучения Земли. Понимание принципов работы и перспектив развития этой
технологии важно для студентов и аспирантов, стремящихся внести вклад в науку и инновации. В дальнейшем, развитие
искусственного интеллекта и миниатюризация оборудования откроют новые возможности для применения LiDAR в различных
областях.