LiDAR, Sie haben den Begriff vielleicht gehört, wissen aber wahrscheinlich nicht genau, wie diese wichtige Bildgebungs- und Sensortechnologie funktioniert.
Abkürzung für Li ght D Etektion A nd R Angeln, diese Technologie verwendet gepulste Laser, um Entfernungen zu einem bestimmten Ziel oder Gebiet genau und konstant zu messen. LiDAR-Sensoren sind im Wesentlichen lichtbasierte Mess- und Kartierungswerkzeuge, die in einer Vielzahl von Sektoren unglaublich nützlich sind.
Obwohl diese kurze Einführung für einige ausreichend sein mag, ist sie wahrscheinlich zu kurz, um wirklich genau zu verstehen, was LiDAR ist und wie es verwendet werden kann. Schauen wir uns alles genauer an, was Sie über die LiDAR-Technologie wissen müssen.
Was ist LiDAR?
Wie bereits erwähnt, basiert LiDAR auf einem gepulsten Laserstrahl. Es handelt sich um eine aktive und Fernerkundungstechnologie, mit der im Allgemeinen Umgebungen und große Gebiete abgebildet werden. Die Funktionsweise dieser gepulsten Lasertechnologie basiert im Wesentlichen auf dem Prinzip der Zeit vonFlug.
Ingenieure kennen die Lichtgeschwindigkeit. Wenn Sie also einen Laser pulsieren lassen und messen, wie lange es dauert, bis das Licht wieder dort ist, wo es aufgenommen wurde, können Sie feststellen, wie weit etwas entfernt ist.
Zum Beispiel ist die Lichtgeschwindigkeit 299 792 458 m / s. Wenn wir einen Laserstrahl herausschossen und sahen, dass er in 1 Sekunde oder einem beliebigen Zeitraum zu uns zurückkam, ist die Gleichung wirklich einfach. Alles, was wir tun müssen, ist, die zu multiplizierenZeit 1 s durch die Geschwindigkeit, 299 792 458 m / s. Die Sekunden heben sich auf s von der Zeit, 1 / s von der Geschwindigkeit = 0 und wir haben eine Entfernung in Metern 299 792 458 m!
Die zugrunde liegende Mathematik für LiDAR mag unglaublich einfach sein, aber es ist schwieriger, dieses Prinzip vom Konzept in die Realität umzusetzen, als es scheint.
Der andere Aspekt von LiDAR ist, dass es nicht nur die Entfernung erkennen kann, sondern auch die optischen Eigenschaften eines Objekts wie Reflexionsvermögen und Absorption bestimmen kann. Dies liefert letztendlich Materialdaten über ein Objekt zusätzlich zu seiner Entfernung - perfekt fürKartierung.
Diese Daten werden dann nicht über die Zeit gesammelt, sondern über die Eigenschaften des reflektierten Strahls bei seiner Rückkehr.
LiDAR ist in seinen Erfassungsfunktionen den Radar- und Sonartechnologien ziemlich ähnlich, es ist nur weitaus präziser. Radar hat Probleme mit der Darstellung der genauen Positionen von Objekten und kann Ihnen nur einen allgemeinen Bereich und eine Bewegung anzeigen. Sonar funktioniert ähnlich.
Diese Art von Präzision ist für die Anwendungen in Ordnung, in denen Radar und Sonar verwendet werden, aber in vielen Anwendungen, wie z. Mapping-Umgebungen und autonomes Fahren, einer der vielversprechendsten Bereiche von LiDAR, ist ein höheres Maß an Präzision erforderlich.
LiDAR kann visuell abbilden, wie ein Objekt aussieht. Wir können dies mit Radar vergleichen, etwas, mit dem viele von uns aus Kriegsfilmen vertraut sind. Mit LiDAR würden wir anstelle eines Blips auf dem Bildschirm das tatsächliche Objekt sehenDie Daten, die LiDAR liefert, sind als Punktwolkenkarte des Objekts bekannt und werden durch Tausende von einzelnen Lasermessungen entwickelt, die aus dem Sensor gepulst werden.
Die Anfänge von LiDAR und Laser-Ranging reichen bis in die 1960er und 70er Jahre zurück, als das Gelände erstmals digital kartiert und kategorisiert wurde. Diese ersten Anwendungen für frühes LiDAR konnten auch hochgenaue Höhen- und topografische Daten für verschiedene Regionen entwickeln.
Frühe LiDAR-Geräte waren groß und klobig, aber heute wird LiDAR immer kleiner und mobiler. Sie erkennen LiDAR-Sensoren möglicherweise als die sich drehenden Zylinder darüber. selbstfahrende Autos . Während diese noch scheinbar "groß" sind, waren die LiDAR-Sensoren der Vergangenheit vergleichsweise massiv.
All diese Schrumpfung ist auf die Miniaturisierung elektronischer Komponenten und die Verbesserung der Laserdiodentechnologie zurückzuführen. Künstliche Intelligenz hat auch der LiDAR-Technologie geholfen, da sie die massiven Datenmengen verarbeitet, die die Sensoren sammeln, und auf eine größere Menge von Daten schließen lässtDetail und Extrapolation nützlicherer Daten.
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Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass LiDAR im Gegensatz zu Radar eine relativ kurzreichweitige Sensortechnologie ist. Die meisten kommerziellen LiDAR-Sensoren können bis zu 100 Meter erfassen, während fortgeschrittenere Sensoren 200 Meter erreichen können. Die Sensoren jedochSammeln Sie so viele Daten, dass Bereiche mit zu viel mehr Daten eine enorme Rechenleistung erfordern würden. Jeder Sensor schießt Hunderttausende von Laserstrahlen pro Sekunde ab. Jeder Sensor wird dann zeitgesteuert und analysiert, um eine hochgenaue Punktwolke zu entwickeln, wie wir zuvor besprochen haben.
Was steckt in einem LiDAR-Sensor?
Es gibt drei Hauptkomponenten für eine bestimmte LiDAR-Sensorsystem : Sender, Empfänger und Detektor.
- Die LiDAR-Sensor ist offensichtlich der wichtigste Teil des Gesamtsystems. Dieser Teil pulsiert die Laser aus und empfängt Daten zurück, um die Reichweite und Form eines Ziels oder einer Umgebung zu bestimmen.
- Es gibt auch eine globales Positionierungssystem oder GPS das die LiDAR-Daten mit den physischen Standorten korreliert, sodass die Punktwolke sehr genau ist.
- Die Trägheitsmesseinheit oder IMU Hilft bei der Vervollständigung der Daten durch Korrelation der linearen und Winkelbewegung des Sensors. Dadurch wird sichergestellt, dass die Daten nicht verzerrt werden, wenn ein Auto oder Flugzeug mit dem Sensor herumfährt und Messungen vornimmt.
Alle diese drei verschiedenen Datenerfassungs- und Erfassungssysteme arbeiten zusammen, um eine hochpräzise Punktwolkenausgabe von LiDAR-Systemen zu erstellen.
Wofür wird LiDAR am besten verwendet?
Wenn Sie über alle Anwendungen nachdenken, die von hochpräzisen Echtzeit-Umgebungskarten profitieren würden, sind die potenziellen Vorteile endlos. Von der Möglichkeit, ein autonomes Fahrzeug zu steuern, bis zur Möglichkeit, eine Rennstrecke in einer zu studierenSimulator vor einem Rennen kann LiDAR vielen Branchen zugute kommen.
Am häufigsten werden jedoch LiDAR-Systeme für die Vermessung verwendet, da Vermessungsingenieure Punktwolken in drei Dimensionen erfassen können. Auf diese Weise kann eine Vermessungsmannschaft ein Grundstück mit unglaublicher Leichtigkeit und hoher Präzision scannen.
LiDAR-Scansysteme werden üblicherweise verwendet für Planung des Hochbaus Straßenbau, Schienenbau und sogar der architektonische Planungsprozess in vielen Anwendungen.
LiDAR kann auch während der Bauphase verwendet werden, um einen digitalen Zwilling der Baustelle während des Baus zu erstellen. Bauleiter können den Fortschritt in Echtzeit überwachen und sehen sowie potenzielle Probleme vorhersagen und lösenMontage von Versorgungsunternehmen zusammen mit anderen notwendigen Bauteilen.
Welche Art von Daten sammeln LiDAR-Systeme?
Während die kurze Antwort auf die in dieser Unterüberschrift gestellte Frage "viele verschiedene Typen" lautet, ist dies wahrscheinlich nicht die gesuchte Antwort. Um zu vermeiden, dass Sie mit der Vielfalt der in LiDAR gesammelten Datentypen überfordert werdenKonzentrieren wir uns auf die Intensität als Schlüsselkomponente der LiDAR-Funktion.
Intensität ist ein Datenpunkt, der für jeden Punkt in der resultierenden LiDAR-Datenwolke erfasst wird. Die Intensität für jeden Punkt ist die Rückstellstärke des Laserpulses, die gemessen wurde, nachdem er von der Umgebung reflektiert wurdeGerät zur Bestimmung des Reflexionsvermögens des Objekts.
Es ist jedoch etwas komplizierter. Reichweite, Empfänger- und Oberflächenzusammensetzungsbereich sowie der Einfallswinkel sind alles Faktoren, die die Intensität des Rückstrahls beeinflussen. Aus diesem Grund ist es für LiDAR-Systeme wichtig, Daten wie GPS zu erfassenund Trägheitsdaten. Mit diesen zusätzlichen Daten können die Intensitätsdaten des tatsächlichen Laserpulses korrekt interpretiert werden.
Das Letzte, was wir bei der Erörterung von LiDAR-Systemen behandeln müssen, sind die verschiedenen Typen.
Arten von LiDAR
Wie bereits erwähnt, wurde LiDAR in der Vergangenheit sowohl an Land als auch in der Luft eingesetzt. Diese beiden Verwendungszwecke eignen sich für die beiden Haupttypen von LiDAR-Systemen, luftgestütztes und terrestrisches LiDAR.
LiDAR in der Luft wird über Hubschrauber oder Drohnen zur Datenerfassung verwendet. Diese Systemtypen richten ihre Laserpulse auf die Bodenoberfläche. Letztendlich gibt es auch zwei Arten von LiDAR in der Luft, topologische und bathymetrische.
Topologisches Lidar wird zum Messen verwendet Landtopographie während bathymetrisches LiDAR speziell für die Kartierung der Topographie unter der Oberfläche verwendet wird.
Terrestrisches LiDAR unterscheidet sich von Airborne LiDAR darin, dass diese Systeme in fahrenden Fahrzeugen oder auf stationären Stativen installiert sind. Diese Arten von LiDAR-Systemen eignen sich perfekt zum Modellieren und Beobachten der statischen Topographie. Innerhalb des terrestrischen LiDAR gibt es tatsächlich zwei Arten, mobile und statische.
Sie können wahrscheinlich bereits ableiten, was der Unterschied zwischen diesen beiden Typen ist: Mobil sind LiDAR-Systeme, die in Fahrzeugen installiert sind, und Statik, die auf Stativen installiert sind.
An diesem Punkt haben wir so ziemlich alles behandelt, was ein Anfänger oder ein gelegentlicher Betrachter über die LiDAR-Technologie wissen möchte. Es handelt sich um hochkomplexe Geräte, die auf einer ziemlich einfachen Mathematik basieren, mit der einige davon erstellt werden könnengenaueste Kartendaten der Welt.
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