Lidar ako koncept existuje už desaťročia. Záujem o túto technológiu však v posledných rokoch prudko vzrástol, pretože senzory sú menšie, komplexnejšie a rozsah produktov s technológiou lidar sa stále viac rozširuje.
Slovo lidar je prepisom LIDAR (Light Detection and Ranging). Ide o technológiu na získavanie a spracovanie informácií o vzdialených objektoch pomocou aktívnych optických systémov, ktoré využívajú javy odrazu svetla a rozptylu v priehľadných a polopriehľadných médiách. Lidar ako zariadenie je podobný radaru, preto je jeho aplikáciou pozorovanie a detekcia, ale namiesto rádiových vĺn, ako v radare, používa svetlo generované v drvivej väčšine prípadov laserom. Termín lidar sa často používa zameniteľne s výrazom Ladar, čo znamená laserovú detekciu a rozsah, aj keď Joe Buck, vedúci výskumu spoločnosti Coherent Technologies, ktorá je súčasťou divízie vesmírnych systémov spoločnosti Lockheed Martin, tvrdí, že tieto dva koncepty sú z technického hľadiska odlišné. "Keď sa pozriete na niečo, čo by sa dalo považovať za mäkký predmet, napríklad tuhé častice alebo aerosól vo vzduchu, odborníci zvyčajne používajú lidar, keď hovoria o detekcii týchto predmetov." Keď sa pozriete na pevné, pevné predmety ako auto alebo strom, máte tendenciu sa prikloniť k pojmu Ladar. “Trochu viac informácií o lidare z vedeckého hľadiska nájdete v časti „Lidar: Ako to funguje“.
"Lidar je predmetom výskumu mnoho desaťročí od jeho začiatku na začiatku šesťdesiatych rokov minulého storočia," pokračoval Buck. Záujem oň však od začiatku tohto storočia citeľne narástol, a to predovšetkým vďaka technologickému pokroku. Ako príklad použil vykresľovanie syntetickou clonou. Čím je teleskop väčší, tým vyššie je možné dosiahnuť rozlíšenie objektu. Ak potrebujete extrémne vysoké rozlíšenie, potom bude možno potrebný oveľa väčší optický systém, čo nemusí byť z praktického hľadiska príliš praktické. Zobrazovanie syntetickou apertúrou rieši tento problém použitím pohyblivej platformy a spracovania signálu na získanie skutočnej clony, ktorá môže byť oveľa väčšia ako fyzická clona. Radary so syntetickou apertúrou (SAR) sa používajú už mnoho desaťročí. Až začiatkom roku 2000 sa začali praktické ukážky optického zobrazovania so syntetickou apertúrou, napriek tomu, že v tom čase už boli široko používané lasery. "V skutočnosti to trvalo viac času na vývoj optických zdrojov, ktoré by mali dostatočnú stabilitu v širokom rozsahu úprav … Vylepšovanie materiálov, svetelných zdrojov a detektorov (používaných v lidaroch) pokračuje." Teraz máte nielen možnosť vykonávať tieto merania, ale môžete ich vykonávať aj v malých blokoch, vďaka čomu sú systémy praktické z hľadiska veľkosti, hmotnosti a spotreby energie. “
Tiež sa stáva jednoduchšie a praktickejšie zbierať údaje z lidaru (alebo informácie zhromaždené z lidaru). Tradične bol zostavený z leteckých senzorov, hovorí Nick Rosengarten, vedúci skupiny geopriestorových exploatácií v BAE Systems. Dnes však senzory môžu byť inštalované v pozemných vozidlách alebo dokonca v batohoch, čo znamená zber ľudských údajov. "To otvára celý rad možností, údaje je teraz možné zbierať vo vnútri aj vonku," vysvetlil Rosengarten. Matt Morris, vedúci geopriestorových riešení v spoločnosti Textron Systems, hovorí: „Lidar je skutočne úžasný súbor údajov, pretože poskytuje najpodrobnejšie detaily o zemskom povrchu. Poskytuje oveľa detailnejší a takpovediac farebnejší obraz ako technológia DTED (Digital Terrain Elevation Data), ktorá poskytuje informácie o nadmorskej výške zemského povrchu v určitých bodoch. Snáď jeden z najsilnejších prípadov použitia, ktoré som od našich vojenských zákazníkov počul, je scenár nasadenia v neznámom teréne, pretože potrebujú vedieť, kam pôjdu … vyliezť na strechu alebo preliezť plot. Údaje DTED vám to neumožňujú vidieť. Ani neuvidíte budovy. “
Morris poznamenal, že ani niektoré tradičné údaje o nadmorskej výške terénu vám nedovolia vidieť tieto funkcie. Ale lidar vám to umožňuje kvôli svojmu „rozstupu pozícií“- termín opisujúci vzdialenosť medzi polohami, ktoré je možné v poli údajov presne zobraziť. V prípade lidaru môže byť „rozteč“znížená na centimetre, „aby ste presne vedeli, akú výšku má strecha budovy alebo výška steny alebo výška stromu. To skutočne zvyšuje úroveň trojrozmerného (3D) situačného povedomia. “Navyše náklady na lidarové senzory klesajú, rovnako ako ich veľkosť, čím sú cenovo dostupnejšie. "Pred desiatimi rokmi boli lidarové senzorové systémy veľmi veľké a veľmi drahé." Skutočne mali vysokú spotrebu energie. Ako sa však vyvíjali, technológie sa zlepšovali, platformy sa výrazne zmenšili, znížila sa spotreba energie a zvýšila sa kvalita údajov, ktoré generovali. “
Morris uviedol, že lidar vo vojenskej oblasti sa používa hlavne v 3D plánovaní a výcviku bojových misií. Napríklad produkt jeho simulácie letu Lidar Analyst jeho spoločnosti umožňuje používateľom prijímať veľké množstvo dát a „rýchlo generovať tieto 3D modely, potom môžu veľmi presne plánovať svoje misie“. To isté platí pre pozemné operácie. Morris vysvetlil: „Náš produkt sa používa na plánovanie vstupných a výstupných trás do cieľovej oblasti a keďže prvotné údaje majú vysoké rozlíšenie, je možné vykonať veľmi presnú analýzu situácie v zornom poli.“
Spolu s analytikom Lidar vyvinul Textron RemoteView, softvérový produkt na analýzu obrazu pre americké vojenské a spravodajské agentúry. Softvér RemoteView môže používať rôzne zdroje údajov vrátane údajov lidar. Spoločnosť BAE Systems poskytuje aj softvér pre geopriestorovú analýzu, pričom jej vlajkovým produktom je SOCET GXP, ktorý ponúka mnoho funkcií vrátane použitia údajov lidar. Rosengarten navyše vysvetlil, že spoločnosť vyvinula technológiu GXP Xplorer, ktorá je aplikáciou na správu údajov. Tieto technológie sú celkom vhodné pre vojenské aplikácie. Rosengarten napríklad spomenul nástroj na výpočet pristávacej zóny helikoptéry, ktorý je súčasťou softvéru SOCET GXP. "Môže to vyžadovať údaje o lidare a poskytnúť používateľom informácie o oblastiach na zemi, ktoré môžu stačiť na pristátie helikoptéry." Môže im napríklad povedať, či im v ceste stoja zvislé prekážky, ako sú napríklad stromy: „Ľudia môžu tento nástroj použiť na identifikáciu oblastí, ktoré by mohli byť najvhodnejšie ako evakuačné miesto počas humanitárnych kríz.“Rosengarten tiež vyzdvihol potenciál obkladov a dlažieb, kde sa z konkrétnej oblasti zhromažďujú a kombinujú viaceré súbory údajov o lidare. Umožňuje to „zvýšená vernosť metadát lidarového senzora v kombinácii so softvérom, akým je napríklad aplikácia SOCET GXP spoločnosti BAE Systems, ktorý dokáže z metadát urobiť presné zóny na zemi, vypočítané pomocou geopriestorových údajov. Tento proces je založený na údajoch lidaru a nezávisí od toho, ako sa údaje zhromažďujú. “
Ako to funguje: lidar
Lidar funguje tak, že cieľ osvetlí svetlom. Lidar môže používať svetlo vo viditeľnom, ultrafialovom alebo blízkom infračervenom pásme. Princíp činnosti lidaru je jednoduchý. Objekt (povrch) je osvetlený krátkym svetelným impulzom, pričom sa meria čas, po ktorom sa signál vráti k zdroju. Lidar vysiela krátke krátke impulzy laserového žiarenia na predmet (povrch) s frekvenciou až 150 000 impulzov za sekundu. Senzor na zariadení meria čas medzi prenosom svetelného impulzu a jeho odrazom za predpokladu konštantnej rýchlosti svetla 299792 km / s. Meraním tohto časového intervalu je možné vypočítať vzdialenosť medzi lidarom a samostatnou časťou objektu, a preto vytvoriť obraz objektu na základe jeho polohy voči lidaru.
Strih vetra
Medzitým Buck poukázal na možné vojenské aplikácie technológie WindTracer spoločnosti Lockheed Martin. Komerčná technológia WindTracer používa lidar na meranie strihu vetra na letiskách. Rovnaký postup je možné použiť aj vo vojenskej oblasti, napríklad na presné kvapky vzduchu. "Potrebujete odhodiť zásoby z dostatočne vysokej nadmorskej výšky, na to ich dáte na palety a zhodíte z padáka." Teraz sa pozrime, kde pristanú? Môžete sa pokúsiť predpovedať, kam pôjdu, ale problém je v tom, že keď zostupujete, strih vetra mení smer v rôznych nadmorských výškach, “vysvetlil. - A ako potom predpovedáte, kde paleta pristane? Ak dokážete merať vietor a optimalizovať trajektóriu, môžete dodávať zásoby s veľmi vysokou presnosťou. “
Lidar sa používa aj v pozemných vozidlách bez posádky. Napríklad výrobca automatických pozemných vozidiel (AHA), Roboteam, vytvoril nástroj s názvom Top Layer. Ide o technológiu 3D mapovania a autonómnej navigácie, ktorá používa lidar. Top Layer používa lidar dvoma spôsobmi, hovorí Shahar Abukhazira, vedúci Roboteamu. Prvý umožňuje mapovanie uzavretých priestorov v reálnom čase. "Niekedy je video v podzemných podmienkach nedostatočné, napríklad môže byť príliš tmavé alebo sa viditeľnosť zhoršila v dôsledku prachu alebo dymu," dodal Abukhazira. - Možnosti Lidaru vám umožňujú uniknúť zo situácie s nulovou orientáciou a porozumením prostredia … teraz mapuje miestnosť, mapuje tunel. Okamžite dokážete porozumieť situácii, aj keď nič nevidíte, a aj keď neviete, kde ste."
Druhým použitím lidaru je jeho autonómia, ktorá pomáha operátorovi ovládať viac ako jeden systém v danom okamihu. "Jeden operátor môže ovládať jednu AHA, ale existujú ďalšie dve AHA, ktoré jednoducho sledujú a riadia vozidlo ovládané ľuďmi," vysvetlil. Rovnako môže vojak vstúpiť do priestorov a ANA ho jednoducho nasleduje, to znamená, že na obsluhu prístroja nie je potrebné odkladať zbrane. „Vďaka tomu je práca jednoduchá a intuitívna.“Väčší probiotický robot AHA spoločnosti Roboteam má na palube aj lidar, ktorý mu pomáha cestovať na dlhé vzdialenosti. "Nemôžete požadovať, aby operátor stlačil tlačidlo tri dni za sebou … pomocou senzora lidaru jednoducho sledujete vojakov alebo sledujete auto, alebo dokonca automaticky prechádzate z jedného bodu do druhého, lidar vám pomôže tieto situácie. vyhýbajte sa prekážkam. “Abukhazira očakáva v budúcnosti v tejto oblasti zásadné objavy. Používatelia napríklad chceli mať situáciu, v ktorej by človek a ANA komunikovali ako dvaja vojaci. "Nemôžete sa navzájom ovládať." Pozeráte sa na seba, voláte si a konáte presne tak, ako by ste mali. Verím, že v určitom zmysle túto úroveň komunikácie medzi ľuďmi a systémami dosiahneme. Bude to efektívnejšie. Verím, že lidary nás týmto smerom vedú. “
Poďme do podzemia
Abukhazira tiež dúfa, že senzory lidaru zlepšia prevádzku v nebezpečnom podzemnom prostredí. Senzory Lidar poskytujú ďalšie informácie pri mapovaní tunelov. Navyše si všimol, že niekedy v malom a tmavom tuneli si operátor ani nemusí uvedomiť, že AHA vedie zlým smerom. "Senzory Lidar fungujú ako GPS v reálnom čase a robia z tohto procesu pocit videohry." V tuneli vidíte svoj systém, v reálnom čase vieš, kam ideš. “
Stojí za zmienku, že lidarové senzory sú ďalším zdrojom údajov a nemali by byť považované za priamu náhradu radaru. Buck si všimol, že medzi týmito dvoma technológiami je veľký rozdiel vo vlnovej dĺžke, ktoré majú svoje výhody a nevýhody. Často je najlepším riešením použiť obe technológie, napríklad meranie parametrov vetra aerosólovým oblakom. Kratšie vlnové dĺžky optických senzorov poskytujú lepšiu smerovú detekciu v porovnaní s dlhšími vlnovými dĺžkami RF senzora (radaru). Prenosové vlastnosti atmosféry sú však pre tieto dva typy senzorov veľmi odlišné. "Radar je schopný prejsť cez určité typy mrakov, s ktorými by sa lidar ťažko vyrovnával." Ale napríklad v hmle môže lidar fungovať o niečo lepšie ako radar. “
Rosengarten uviedol, že kombinácia lidaru s inými svetelnými zdrojmi, ako sú panchromatické údaje (pri zobrazovaní pomocou širokého rozsahu svetelných vlnových dĺžok), poskytne úplný obraz o oblasti záujmu. Dobrým príkladom je definícia miesta pristátia helikoptéry. Lidar dokáže skenovať oblasť a povedať, že má nulový sklon, bez ohľadu na to, že sa v skutočnosti pozerá na jazero. Tento typ informácií je možné získať použitím iných svetelných zdrojov. Rosengarten verí, že priemysel bude v konečnom dôsledku spájať technológie a spájať rôzne zdroje vizuálnych a iných svetelných údajov. „Nájde spôsoby, ako dostať všetky údaje pod jeden dáždnik … Získanie presných a komplexných informácií je viac než len používanie údajov lidar, ale je to komplexná úloha zahŕňajúca všetky dostupné technológie.“
