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雷達Level UP:光達

雷達。掃描中...

Google Earth的空照圖可以看到你家的屋頂?聽起來很厲害,但以後你可能會發現在便利商店買的自家附近的地圖上,竟然可以數得出來你家的屋頂上正有幾隻貓咪在做日光浴……

這可不是在開玩笑,近年來,遠距遙測與定位的技術發展與普及化可是有著爆炸性的進展。想想GPS吧,這東西也才出現不到二十年,而且直到十年前,一台GPS裝置大概也只有專業級的技術人員才想入手(因為CP值太低了);但是今天GPS晶片竟然已經快成為人手一台的智慧型手機的標準配備了!相較於GPS的流行,雷達這種東西則總是給人一種「這不是一般老百姓會使用的東西」的感覺。說得也是,誰會沒事想要探測自己身邊是否有敵對生物在潛伏阿?

但就在大家都沒有注意到的地方,雷達也在默默的進化。就在雷達與成熟的雷射技術與GPS導航技術結合之際,全新的升級版雷達就此誕生。我們稱之為──光達(Lidar,英文唸起來像是「瀨打」…我沒有在說打火機…)。傳統的雷達,在一面發射出無線電波的同時,一面接收被遠處物體反射回來的無線電波訊號,藉此得知物體的方位與距離;而進化版的光達基本上也遵循此一原理,只不過發出去的「光」從無線電波換成了波長較短的雷射光,例如紅外線雷射光(呃,再加上一把槍就變成狙擊槍了…)。由於發出去的光變成能量較集中且波長比較短的雷射,可想而知光達有著比雷達有更好的解析度。到底好到什麼程度?傳統的雷達,用於偵測空氣中的小水滴運動大概就是極限;但是光達卻能夠偵測到更小或是更高層大氣的粒子,甚至直接偵測空氣分子的運動。換句話說,光達可以幫助我們更了解大氣現象,在氣象學以及容易受天氣影響的天文觀測等領域是一大利器。

如果我們反過來把光達放在飛機上掃描地面,由於光達解析度很高的緣故,我們不只可以知道在地面上的物體的位置,在許多狀況下還可以更進一步地知道物體的外型。看看以下的兩張圖片,就可以知道:要數你家的屋頂上有幾隻貓咪,可不只是說說而已!

在上圖上方有一架飛機,內部有一具光達正在放出紅外雷射來「掃描」附近的地形。只要利用GPS來確認飛機的所在位置
(精確地說,是「飛機內的雷射光發射口的空間座標」),經由計算光達回波的時間,就可以得知周圍地形的3D結構。下左圖是測量結果的俯視圖,顏色代表高度;下右圖則是測量結果的側視圖(只顯示橋樑部分)。可以看到,光達基本上把橋樑的所有細部特徵都描繪出來了。圖出處

這張圖是利用與前面一張圖相同的概念(稱為「空載光達」)掃描的某個都市的俯視圖。圖中每個格子點距離200公尺,而顏色則代表著不同的高度。我們可以看出:道路、房子屋頂等特徵清晰可見,而在比較高的山坡,每一點的小突起其實都是一棵樹的頂端。當然,這種等高線圖平常是看不到的,因為對大部分的人來說,查地形圖時要看的不是有幾棟房子幾棵樹,而是地表的坡度變化(哪裡比較陡之類的)。因此會把房子與樹的高度扣掉以後,再輸出成地圖。圖出處

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WhyJ

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同時滿足冒險的血液與科學研究的熱情,這就是地球科學與太空探索的魅力所在。期待在世界的某個角落中碰到你,那怕是層巒疊嶂的山稜上、波光瀲灩的水岸旁。那時,我將與你分享從沙丘中看見的歷史,與從冰川發掘的寶藏。夜晚,我們將遙望皎潔的明月,甚至更遠的木星與冰衛星,甚至更遠更遠──某顆系外行星上的生命,或許正拿望遠鏡看著我們討論人類最終的歸宿。