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DOI: https://doi.org/10.7451/CBE.2021.63.2.23
Description:

Surface microtopography is quantified by the deviations in the direction of the normal vector of the surface. Soil microtopography is a major factor influencing soil erosion by water and wind. Surface microtopography can be accurately described using the Digital Elevation Model (DEM). In this study, a vehicle-based laser system was developed to generate high-resolution DEM data. The system consisted of five major components: a laser line scanner, a gyroscope sensor, a real-time kinematic GPS, a frame-rail mechanism, and a data acquisition and control unit.

      A series of experiments were conducted in the laboratory to evaluate the performance of the components. The result of distance measurements indicated that the system gave the most consistent distance measurement on a white paper. Static gyroscope sensor accuracy tests showed that angle measurement errors observed in combined pitch/roll rotations were larger than in single rotations. Within ±30º of single rotations, the measurement errors for pitch and roll angles were within 0.8º and 0.4º, respectively. The tests of the angular displacement on the linear rail showed that it slightly tilted towards the laser line scanner when it moved along the rail.

Keywords: Micro topography, Digital Elevation Model, Laser Line Scanner, Gyroscope Sensor.
Résumé:

La microtopographie de la surface est quantifiée par les déviations dans la direction du vecteur normal de la surface. La microtopographie du sol est un facteur majeur qui influence l’érosion du sol par l’eau et le vent. La microtopographie de surface peut être décrite avec précision en utilisant le modèle numérique d’élévation [Digital Elevation Model (DEM)]. Dans cette étude, un système laser sur véhicule a été élaboré pour générer des données DEM à haute résolution. Le système se compose de cinq éléments principaux : un dispositif de balayage à ligne laser, un capteur gyroscopique, un GPS cinématique en temps réel, un mécanisme cadre-rail et une unité d’acquisition des données et de contrôle.

      Une série d’expériences a été menée en laboratoire pour évaluer les performances des composantes. Le résultat des mesures de distance a indiqué que le système a donné la mesure de distance la plus uniforme sur un papier blanc. Les tests de précision du capteur gyroscopique statique ont montré que les erreurs de mesure d’angle observées dans les rotations combinées de tangage/roulis étaient plus importantes que celles des rotations simples. À ±30º des rotations simples, les erreurs de mesure des angles de tangage et de roulis étaient respectivement de 0,8º et 0,4º. Les tests du déplacement angulaire sur le rail linéaire ont montré que le rail s’inclinait légèrement vers le dispositif de balayage à ligne laser lorsqu’il se déplaçait le long du rail.

Mots-clés:

Microtopographie, modèle numérique d’élévation, dispositif de balayage à ligne laser, capteur gyroscopique.

Citation: Li, P., N. Zhang, L.E. Wagner, F. Fox, D. Oard, H. Lagae and M. Han. 2021. A Vehicle-Based Laser System for High-Resolution DEM Development – Performance Evaluation of System Components. Canadian Biosystems Engineering 63: 2.23-2.31. https://doi.org/10.7451/CBE.2021.63.2.23
Volume: 63
Issue: 1
Pages 2.23 - 2.31
Contributor: R. Sri Ranjan
Date: December 2, 2022
Technical field: Machinery Systems Engineering
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Other information:
Type: Text.Article
Format: PDF
Publication type: Journal
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Language 1: en
Language 2: fr
Rights: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
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