Lidar - Lidar


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Imagem derivada-Lidar de Marching Bears Grupo Mound, Efígie Mounds Monumento Nacional .
Animação de um satélite de coleta de dados de mapa digital de elevação ao longo da bacia do Ganges e Brahmaputra rio usando lidar.
Um fasor usado na faixa óptica Starfire para LIDAR e de guia do laser estrela experiências é sintonizado para a linha de D2a de sódio e usado para excitar sódio átomos na atmosfera superior .
Esse radar de laser pode ser utilizado para digitalizar os edifícios, formações de rocha, etc., para produzir um modelo 3-D. O radar de laser pode apontar o seu feixe de laser em uma ampla gama: a cabeça pode rodar horizontalmente; um espelho inclina verticalmente. O feixe de laser é usada para medir a distância para o primeiro objecto no seu caminho.
Voando sobre a Amazônia brasileira com um instrumento LIDAR.
Um avião coleta de dados pelas copas das árvores ao longo de um floresta tropical brasileira.
Neste ponto de vista, o espectador voa baixo para o dossel da floresta e voa através das folhas virtuais.
Esta visualização mostra um avião recolher uma faixa de 50 quilómetros em dados LIDAR sobre a floresta tropical brasileira. Para todas as características do nível do solo, cores variam do marrom profundo para se bronzear. alturas de vegetação são representadas em tons de verde, onde verdes escuros são os mais próximos ao chão e verdes claros são os mais elevados.

LIDAR (também chamado LIDAR , LiDAR , e LADAR ) é um levantamento método que mede a distância a um alvo ao iluminar o alvo com laser pulsado de luz e medindo os impulsos reflectidos com um sensor. Diferenças nos tempos de retorno do laser e comprimentos de onda pode, então, ser usado para fazer digitais representações 3-D do alvo. O nome LIDAR , agora usado como um acrónimo de detecção de luz e variando (por vezes, imagiologia de luz, de detecção, e variando ), foi originalmente uma maleta de luz e de radar . Lidar às vezes é chamado de varredura a laser 3D , uma combinação especial de uma digitalização 3D e digitalização a laser . Tem terrestres, aéreas e aplicações móveis.

Lidar é comumente usado para fazer mapas de alta resolução, com aplicações em geodésia , geomática , arqueologia , geografia , geologia , geomorfologia , sismologia , florestal , física atmosférica , orientação a laser , mapeamento faixa de laser aerotransportado (ALSM) e altimetria a laser . A tecnologia também é usada no controle e navegação para alguns carros autônomos .

História e etimologia

Lidar originado no início dos anos 1960, pouco tempo depois da invenção da de laser , e a imagem focada por laser combinado com a capacidade de calcular as distâncias de medição do tempo para um sinal para retornar usando sensores apropriados e electrónica de aquisição de dados. Suas primeiras aplicações veio em meteorologia, onde o Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica usado para medir nuvens . O público em geral tomou conhecimento da precisão e utilidade dos sistemas LIDAR, em 1971, durante a Apollo 15 missão, quando os astronautas usaram um altímetro a laser para mapear a superfície da Lua.

Embora agora a maioria das fontes tratar a palavra "lidar" como um acrônimo, o termo surgiu como uma maleta de " luz " e " radar ". A primeira menção publicada de lidar, em 1963, deixa isso claro: "Eventualmente, o laser pode fornecer um detector extremamente sensível de comprimentos de onda específicos de objetos distantes Enquanto isso, ele está sendo usado para estudar a lua de 'lidar' (radar de luz).. .." O Dicionário de Inglês Oxford suporta esta etimologia.

A interpretação de "lidar" como um acrônimo ( "LIDAR" ou "LiDAR") veio mais tarde, com início em 1970, com base no pressuposto de que uma vez que o termo base "radar" começou originalmente como um acrônimo para "Radio Detection And Ranging", "LIDAR" deve significar "Light Detection And Ranging", ou para "Laser Imaging, Detection And Ranging". Embora o idioma Inglês não trata "radar" como um acrônimo e impressos textos universalmente presente a palavra com inicial minúscula, a palavra "lidar" tornou-se capitalizados como "LIDAR" ou "LiDAR" em algumas publicações começando na década de 1980. Atualmente não existe consenso sobre a capitalização, refletindo a incerteza sobre se ou não "lidar" é uma sigla, e se é uma sigla, se ele deve aparecer em letras minúsculas, como "radar". Várias publicações referem-se a lidar como "LIDAR", "LiDAR", "Lidar", ou "Lidar". O USGS usa tanto "LIDAR" e "lidar", às vezes no mesmo documento; o New York Times usa predominantemente "lidar" para o pessoal escrito artigos, embora contribuindo feeds de notícias como a Reuters pode usar Lidar;

Descrição geral

Lidar usa ultravioleta , visível ou infravermelho próximo luz para objetos de imagem. Ele pode ter como alvo uma vasta gama de materiais, incluindo objectos não metálicos, rochas, chuva, compostos químicos, aerossóis , nuvens e mesmo individuais moléculas . Um feixe de laser estreito pode mapear características físicas com muito altas resoluções ; por exemplo, uma aeronave pode mapear o terreno a 30 centímetros (12 polegadas) de resolução ou melhor.

O conceito essencial do LIDAR foi originado por EH Synge em 1930, que prevista a utilização de holofotes poderosos para sondar a atmosfera. Na verdade, Lidar desde então tem sido amplamente utilizado para a pesquisa atmosférica e meteorologia . Instrumentos Lidar instalados em aviões e satélites realizar levantamento e mapeamento - um exemplo recente é o US Geological Survey Experimental Avançado Airborne Research Lidar. NASA identificou lidar como uma tecnologia fundamental para permitir precisão de aterragem autónoma segura de futuros veículos lunar-aterrissagem robóticas e tripuladas.

Os comprimentos de onda variar para se adequar ao alvo: a partir de cerca de 10 micrómetros para a UV (aproximadamente 250 nm ). Normalmente a luz é refletida através backscattering , em oposição à reflexão pura se pode encontrar com um espelho. Diferentes tipos de dispersão são usadas para diferentes aplicações LIDAR: mais comumente espalhamento Rayleigh , espalhamento Mie , espalhamento Raman e fluorescência . As combinações adequadas de comprimentos de onda pode permitir para mapeamento remoto de conteúdo atmosféricas através da identificação de alterações dependentes do comprimento de onda na intensidade do sinal de retorno.

desenhar

Clique na imagem para ver a animação. Um sistema básico de radar de laser envolve um telémetro de laser reflectido por um espelho rotativo (topo). O laser é varrida em torno da cena a ser digitalizado, em uma ou duas dimensões (do meio), recolhendo as medições de distância em intervalos de ângulo especificado (em baixo).

Os dois tipos de esquemas de detecção LIDAR são "incoerentes" ou detecção de energia direta (que essencialmente medidas de amplitude mudanças da luz refletida) e coerente de detecção (melhor para medir Doppler turnos, ou mudanças na fase da luz refletida). Sistemas coerentes geralmente usam detecção óptica heteródino . Esta é mais sensível que a detecção direta e lhes permite operar com uma potência muito menor, mas requer transceptores mais complexos.

Ambos os tipos utilizam modelos de pulso: ou micropulse ou de alta energia . Sistemas Micropulse utilizar rajadas intermitentes de energia. Eles desenvolveram como resultado da crescente força do computador, combinado com avanços na tecnologia laser. Eles usam muito menos energia do laser, normalmente na ordem de um microjoule , e muitas vezes são "olho-seguro", o que significa que podem ser usados sem precauções de segurança. Sistemas de alta potência são comuns na pesquisa atmosférica, onde eles são amplamente utilizados para a medição de parâmetros atmosféricos: a altura, camadas e densidades de nuvens, as propriedades da partícula da nuvem ( coeficiente de extinção , coeficiente de dispersão posterior, despolarização ), temperatura, pressão, vento, humidade, e rastrear concentração de gás (ozono, metano, óxido nitroso, etc).

componentes

sistemas LIDAR consistir em vários componentes principais.

Laser

600-1000 nm lasers são mais comuns para aplicações não-científicos. Potência máxima é limitada pela necessidade de torná-los seguro para os olhos (em aplicações que operam em torno de pessoas).

Uma alternativa comum, 1550 lasers nm, são seguro para os olhos em níveis de potência relativamente elevadas uma vez que este comprimento de onda não é fortemente absorvida pelo olho, mas a tecnologia de detector está menos avançada e assim estes comprimentos de onda são geralmente utilizados em intervalos mais longos com uma precisão inferior. Eles também são usados para aplicações militares, porque 1550 nm não é visível em óculos de visão noturna , ao contrário de 1000 laser infravermelho nm mais curto.

Airborne lidars mapeamento topográficos geralmente usam 1064 nm diodo bombeado YAG laser, enquanto batimetria sistemas de investigação (profundidade debaixo de água) utilizam geralmente 532 nm frequência duplicada diodo bombeado YAG porque 532 nm penetra água com muito menos atenuação do que 1064 nm. Configurações de laser incluem a taxa de repetição do laser (que controla a velocidade de coleta de dados). Comprimento de impulso é geralmente um atributo do comprimento da cavidade de laser, o número de passagens requerido através do material de ganho (YAG, YLF , etc), e Q-interruptor (pulsante) velocidade. Melhor resolução alvo é conseguido com impulsos mais curtos, desde que os detectores receptor LIDAR e electrónica de ter largura de banda suficiente.

lasers de estado sólido

eletrônica de estado sólido, por definição, não têm partes móveis.

lidar Flash

Flash usa uma única fonte de luz que ilumina o campo de visão em um único pulso.

Vendo à distância requer uma poderosa explosão de luz. O poder é limitado a níveis que não prejudicam retinas humanas. Comprimentos de onda não deve prejudicar os olhos humanos. No entanto, geradores de imagens de silício de baixo custo não lêem luz no espectro seguro para os olhos. Em vez disso, de arsenieto de gálio termovisores são necessários, o que pode aumentar os custos para US $ 200.000.

matrizes faseadas

Uma matriz de fases pode iluminar qualquer direcção, utilizando uma matriz microscópica das antenas individuais. Controlando o tempo (fase) de cada antena dirige um sinal coesiva numa direcção específica.

Matrizes faseadas têm sido usados em radar desde os anos 1950. A mesma técnica pode ser utilizado com luz. Da ordem de um milhão de antenas ópticas são utilizados para ver um padrão de radiação de um determinado tamanho num determinado sentido. O sistema é controlado por temporização flash preciso. Um único chip (ou alguns) substituir um sistema eletromecânico $ 75.000, reduzindo drasticamente os custos.

O sistema de controle pode alterar a forma da lente para permitir zoom in / zoom funções. sub-zonas específicas podem ser direcionados em intervalos sub-segundo.

lidar Eletromecânica tem a duração de entre 1.000 e 2.000 horas. Por outro lado, lidar de estado sólido pode ser executado por 100.000 horas.

espelhos eletromecânicos micro

espelhos electromecânicos micro (MEMS) não são inteiramente em estado sólido. No entanto, seu fator de forma pequeno fornece muitos dos mesmos benefícios de custo. Um único laser é dirigida para um espelho único que pode ser reorientada para ver qualquer parte da área alvo. O espelho gira a uma taxa rápida. No entanto, os sistemas de MEMS operam geralmente num único plano (esquerda para a direita). Para adicionar uma segunda dimensão geralmente requer um segundo espelho que se move para cima e para baixo. Alternativamente outro laser pode bater o mesmo espelho de um outro ângulo. sistemas MEMS podem ser rompidas por choque / vibração e podem requerer calibração repetida.

Scanner e óptica

Velocidade de desenvolvimento da imagem é afetada pela velocidade em que eles são digitalizados. Opções para digitalizar o azimute e elevação incluem dupla espelhos planos oscilantes, uma combinação com um espelho de polígono e um scanner de eixo duplo . Escolhas óptica afetam a resolução angular e intervalo que pode ser detectado. Um espelho buraco ou um divisor de feixe são opções para coletar um sinal de retorno.

Fotodetectores e receptor eletrônica

Dois principais fotodetector tecnologias são utilizados em LIDAR: estado sólido fotodetectores, tal como avalanches de silício fotodiodos , ou fotomultiplicadores . A sensibilidade do receptor é outro parâmetro que tem de ser equilibrada em um design lidar.

sistemas de posicionamento e navegação

Sensores Lidar montadas em plataformas móveis, tais como aviões ou satélites exigem instrumentação para determinar a posição absoluta e orientação do sensor. Tais dispositivos geralmente incluem um Sistema de Posicionamento Global receptor e uma unidade de medição inercial (IMU).

Sensor

Lidar usa sensores ativos que fornecem sua própria fonte de iluminação. A fonte de energia atinge objectos e a energia reflectida é detectada e medida por sensores. Distância do objecto é determinada pela gravação do tempo entre os impulsos transmitidos e retro-espalhados e usando a velocidade da luz para calcular a distância percorrida.

Imagiologia 3-D pode ser alcançada utilizando tanto sistemas não-Digitalização e. "3-D fechado visualização radar a laser" é um laser não-sistema de digitalização variando que se aplica um laser pulsado e uma câmera rápida fechado. A investigação começou para a direcção do feixe virtual usando Digital Light Processing tecnologia (DLP).

Radar de laser de imagem pode também ser realizada utilizando matrizes de detectores de velocidade elevados e de modulação de matrizes de detectores sensíveis tipicamente construídos em chips individuais utilizando complementar de metal-óxido-semicondutor (CMOS) e CMOS híbridos / Charge-Coupled Device técnicas (CCD) de fabricação. Nestes dispositivos de cada pixel executa algum processamento local, tal como a desmodulação ou de intermitcia em alta velocidade, os sinais downconverting a taxa de vídeo de modo que a matriz pode ser lido como uma câmara. Usando essa técnica muitos milhares de pixels / canais podem ser adquiridos em simultâneo. Alta resolução câmaras LIDAR 3-D usar detecção homódina com um CCD ou CMOS electrónico do obturador .

Um radar de laser de imagem coerente utiliza detecção matriz heteródino sintético para activar um receptor único elemento olhando para actuar como se fosse uma matriz de imagens.

Em 2014, Lincoln Laboratory anunciou um novo chip de imagem com mais de 16.384 pixels, cada um capaz de imagem de um único fóton, o que lhes permite captar uma ampla área em uma única imagem. Uma geração anterior da tecnologia com um quarto desse número de pixels foi enviado pelos militares dos EUA após o terremoto no Haiti Janeiro de 2010; uma única passagem por um jato do negócio em 3.000 metros (10.000 pés) ao longo de Port-au-Prince foi capaz de capturar snapshots instantâneos de quadrados 600 metros da cidade em uma resolução de 30 centímetros (12 polegadas), exibindo a altura precisa de escombros espalhados nas ruas da cidade. O sistema Lincoln é 10x mais rápido. O chip usa índio arsenieto de gálio (InGaAs), que opera no espectro de infravermelhos a um comprimento de onda relativamente longo que permite maior potência e intervalos mais longos. Em muitas aplicações, tais como carros de auto-condução, o novo sistema reduzirá os custos por não exigir um componente mecânico para apontar o chip. InGaAs utiliza comprimentos de onda menos nocivos do que os detectores convencionais de silício, que operam a comprimentos de onda visuais.

tipos

Com base na orientação

Lidar pode ser orientada para nadir , zénite , ou lateralmente. Por exemplo, altímetros LIDAR olhar para baixo, uma lidar atmosférica olha para cima, e sistemas anticolisão baseada LIDAR são side-looking.

Baseado na plataforma

aplicações LIDAR pode ser dividido em tipos aéreos e terrestres. Os dois tipos requerem scanners com diferentes especificações com base no efeito dos dados, o tamanho da área a ser capturado, a gama de medida desejada, o custo do equipamento, e mais. plataformas espaciais também são possíveis.

transportado pelo ar

Lidar Airborne (também no ar de varredura a laser ) é quando um scanner a laser, enquanto estiver ligado a uma aeronave durante o vôo, cria uma nuvem de pontos 3-D modelo da paisagem. Este é atualmente o método mais detalhado e preciso de criar modelos digitais de elevação , substituindo fotogrametria . Uma grande vantagem em comparação com photogrammetry é a capacidade de filtrar para fora a partir de reflexões vegetação a partir do modelo de nuvem de pontos para criar um modelo digital de superfície que corresponde a superfícies de solo, tais como rios, caminhos, património cultural, etc, que estão escondidas por árvores. Dentro da categoria de lidar no ar, às vezes há uma distinção entre as aplicações de alta altitude e baixa altitude, mas a principal diferença é uma redução na precisão e ponto de densidade de dados adquiridos em altitudes mais elevadas. Lidar Airborne também pode ser usado para criar modelos batimétricos em águas rasas.

Os principais constituintes de LIDAR aerotransportado incluem modelos digitais de elevação (DEM) e modelos de superfície digitais (DSM). Os pontos e pontos terrestres são os vetores de pontos discretos, enquanto DEM e DSM são interpolados grelhas matrizes de pontos discretos. O processo também envolve a captura de fotografias aéreas digitais. Para interpretar deslizamentos profunda sentados por exemplo, sob a cobertura da vegetação, escarpas, fissuras de tensão ou árvores de ar suportados lidar com ponta é usado. Air suportados LIDAR modelos digitais de elevação pode ver através do dossel da cobertura florestal, realizar medições detalhadas de escarpas, erosão e inclinação de postes elétricos.

dados lidar Airborne é processado usando uma caixa de ferramentas chamado Toolbox for Lidar Filtrando dados e Estudos Florestais (TIFF) para filtragem de dados LIDAR e software estudo terreno. Os dados são interpolados para modelos de terreno digitais utilizando o software. O laser é dirigido para a região a ser mapeada e a altura de cada ponto sobre o chão é calculado subtraindo-se o original coordenada z a partir do correspondente digital do terreno modelo de elevação. Com base nesta altura acima do solo é obtido a dados não-vegetação que pode incluir objectos, tais como edifícios, linhas de energia eléctrica, as aves que voam, etc. O resto dos pontos são tratados como vegetação e usados ​​para modelação e mapeamento. Dentro de cada uma dessas tramas, métricas LIDAR são calculados por estatísticas de calcular, como média, o desvio padrão, assimetria, percentis, média quadrática, etc.

Airborne Lidar batimétricos mapa Tecnologia de alta-resolução multibeam lidar mostrando espetacularmente criticado e geologia do fundo do mar deformada, em relevo sombreado e colorido por profundidade.
batimetria lidar Airborne

O LIDAR aerotransportado batimétrica sistema tecnológico envolve a medição do tempo de voo de um sinal de uma fonte para seu retorno ao sensor. A técnica de aquisição de dados envolve um componente de mapeamento do fundo do mar e um componente de verdade terrestre que inclui transectos de vídeo e de amostragem. Ele funciona usando um feixe de laser de espectro verde (532 nm). Dois feixes são projectadas sobre um espelho em rotação rápida, o que cria uma matriz de pontos. Uma das vigas penetra na água e também detecta a superfície de fundo da água sob condições favoráveis.

Os dados obtidos mostra a extensão total da superfície da terra exposta acima do fundo do mar. Esta técnica é extremamente útil, pois irá desempenhar um papel importante no grande programa de mapeamento do fundo do mar. Os rendimentos de mapeamento em terra topografia, bem como sob as elevações de água. Mar imagiologia andar reflectância é outro produto de solução a partir deste sistema que pode beneficiar de mapeamento de habitats subaquáticos. Esta técnica tem sido usada há três mapeamento imagem dimensional das águas da Califórnia usando um lidar hidrográfica.

Digitalização LIDAR realizada com um multicopter UAV .

Drones estão agora a ser usado com scanners a laser, bem como outros sensores remotos, como um método mais econômico para fazer a varredura áreas menores. A possibilidade de sensoriamento remoto zangão também elimina qualquer perigo que as tripulações de uma aeronave tripulada pode ser submetido a em terrenos difíceis ou áreas remotas.

Terrestre

Aplicações terrestres de lidar (também terrestre de varredura a laser ) acontecem na superfície da Terra e pode ser fixo ou móvel. Varredura terrestre estacionária é mais comum como um método de pesquisa, por exemplo, em topografia convencional, monitoramento, documentação património cultural e forense. As ponto 3-D nuvens adquiridos a partir desses tipos de scanners pode ser combinado com imagens digitais tiradas da área digitalizada a partir da localização do scanner para criar modelos de aparência 3-D realistas em um tempo relativamente curto quando comparado a outras tecnologias. Cada ponto na nuvem de pontos é dada a cor do pixel da imagem tirada localizado no mesmo ângulo que o feixe de laser que criou o ponto.

Lidar Mobile (também de varredura a laser móvel ) é quando dois ou mais scanners estão ligados a um veículo em movimento para coletar dados ao longo de um caminho. Estes scanners são quase sempre combinado com outros tipos de equipamentos, incluindo GNSS receptores e Imus . Um exemplo de aplicação é o levantamento ruas, onde as linhas de energia, alturas ponte exactas, árvores, etc. limítrofes todos precisam de ser tomadas em consideração. Em vez de recolher cada uma destas medidas individualmente no campo com um taquímetro , um modelo 3-D a partir de uma nuvem de pontos pode ser criado em que todas as medições necessárias pode ser feito, dependendo da qualidade dos dados recolhidos. Isso elimina o problema de esquecer de tomar uma medida, desde que o modelo está disponível, confiável e tem um nível adequado de precisão.

mapeamento LIDAR terrestre envolve um processo de grade de ocupação mapa geração. O processo envolve uma série de células divididas em grelhas que emprega um processo para armazenar os valores de altura quando os dados de radar de laser cai na respectiva célula de grade. Um mapa binário é então criado através da aplicação de um determinado limiar para os valores das células para posterior processamento. O próximo passo é para processar a distância radial e z coordenadas de cada varrimento para identificar quais os pontos 3-D correspondem a cada uma das células da rede especificada conduzindo ao processo de formação de dados.

aplicações

Este robô móvel usa seu lidar para construir um mapa e evitar obstáculos.

Há uma grande variedade de aplicações para lidar, além dos aplicativos listados abaixo, como é muitas vezes mencionado no conjunto de dados LIDAR Nacional programas.

Agricultura

Gráfico de um retorno lidar, com diferentes taxas de rendimento das culturas.
Lidar é usado para analisar as taxas de rendimento em campos agrícolas.

Robôs agrícolas têm sido utilizados para uma variedade de fins que variam a partir de sementes e fertilizantes dispersões, sentindo técnicas bem como aferição das culturas para a tarefa de controlo de ervas daninhas.

Lidar pode ajudar a determinar onde aplicar fertilizantes caro. Ele pode criar um mapa topográfico dos campos e revelar pistas e exposição ao sol da terra de fazenda. Pesquisadores do Serviço de Pesquisa Agrícola usado esses dados topográficos com os resultados de rendimento terras agrícolas dos anos anteriores, para categorizar terra em zonas de alto, médio ou baixo rendimento. Isto indica que a aplicação de fertilizantes para maximizar o rendimento.

Uma outra aplicação é o mapeamento das culturas em pomares e vinhas, para detectar o crescimento da vegetação e a necessidade de poda ou outra manutenção, detectar variações na produção de frutos, ou contagem de plantas.

Lidar é útil em situações negou-GPS, como porca e pomares, onde os blocos folhagem sinais GPS para agricultura de precisão equipamento ou um trator driverless . Sensores LIDAR pode detectar as bordas das linhas, de modo que equipamentos agrícolas pode continuar se movendo até que o sinal GPS é restabelecida.

classificação das espécies de plantas

Controlo de ervas daninhas requer a identificação de espécies de plantas. Isso pode ser feito usando 3-D lidar e aprendizagem de máquina. Lidar produz contornos de plantas como uma "nuvem de pontos" com os valores gama e refletância. Estes dados poderão ser transformado, e os recursos são extraídos a partir dele. Se a espécie é conhecida, os recursos são adicionados à medida que novos dados. A espécie é etiquetado e suas características são inicialmente armazenadas como um exemplo para identificar as espécies no ambiente real. Este método é eficiente porque usa um radar de laser de baixa resolução e aprendizagem supervisionada. Ele inclui um recurso de fácil computação definido com características estatísticas comuns que são independentes do tamanho da planta.

Arqueologia

Lidar tem muitos usos em arqueologia, incluindo o planejamento de campanhas de campo, recursos de mapeamento sob dossel da floresta, e uma visão geral ampla, características contínuas indistinguíveis a partir do solo. Lidar pode produzir conjuntos de dados de alta resolução rápida e barata. produtos derivados do LIDAR podem ser facilmente integrados em um Sistema de Informação Geográfica (GIS) para a análise e interpretação.

Lidar também pode ajudar a criar de alta resolução modelos digitais de elevação (DEMs) de sítios arqueológicos que podem revelar micro-topografia que é outra forma oculta pela vegetação. A intensidade do sinal de radar de laser retornada pode ser usada para detectar características enterrado sob superfícies plana de vegetação, tais como campos, especialmente quando o mapeamento utilizando o espectro de infravermelhos. A presença destas características afecta o crescimento das plantas e, assim, a quantidade de luz infravermelha reflectida de volta. Por exemplo, em Fort Beauséjour - Fort Cumberland National Historic Site, Canadá, lidar descoberto características arqueológicas relacionadas com o cerco do Forte em 1755. Os recursos que não poderiam ser distinguidos no chão ou através de fotografia aérea foram identificadas através da sobreposição de tons colina da DEM criado com iluminação artificial a partir de vários ângulos. Outro exemplo é o trabalho em Caracol por Arlen perseguição e sua esposa Diane Zaino Chase . Em 2012, lidar foi usado para procurar a lendária cidade de La Ciudad Blanca ou "Cidade do Deus macaco" no La Mosquitia região da selva hondurenha. Durante um período de mapeamento de sete dias, foram encontradas evidências de estruturas feitas pelo homem. Em junho de 2013, a redescoberta da cidade de Mahendraparvata foi anunciado. No sul da Nova Inglaterra, lidar foi usado para revelar paredes de pedra, a construção de fundações, estradas abandonadas, e outras características da paisagem obscurecida em fotografia aérea pelo dossel da floresta densa da região. No Camboja, os dados LIDAR foram usados por Demian Evans e Roland Fletcher para revelar alterações antropogénicas Angkor paisagem Em 2016, Lidar foi usado para mapear antigas calçadas Maya no norte da Guatemala, descobrindo 17 estradas elevadas que ligam a antiga cidade de El Mirador para outros sites. Em 2018, arqueólogos usando lidar descobriu mais de 60.000 estruturas feitas pelo homem na Reserva da Biosfera Maia , um "grande avanço" que mostrou a civilização maia era muito maior do que se pensava.

veículos autônomos

carro auto-condução Uber com sistema lidar no telhado
Sistema Laser previsão 3-D, utilizando um sensor de radar de laser LMC DOENTE

Veículos autônomos podem usar lidar para detecção de obstáculos e evitar para navegar com segurança através de ambientes, usando rotativas feixes de laser. Mapa de custos ou nuvem de pontos saídas do sensor LIDAR fornecer os dados necessários para o software robô para determinar onde existem potenciais obstáculos no meio ambiente e onde o robô é em relação a esses obstáculos potenciais. De Cingapura Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART) está desenvolvendo ativamente tecnologias para veículos LIDAR autônomos. Exemplos de empresas que produzem sensores LIDAR comumente utilizados na automação robótica ou veículo são doente e Hokuyo. Exemplos de detecção de obstáculos e produtos de evitação que os sensores de efeito de alavanca LIDAR são a solução Autónoma, Inc. Sistema Laser 3D Previsão e Velodyne HDL-64E. Modelos de simulação Lidar também são fornecidos em simuladores de carros autônomos.

As primeiras gerações de automóvel de controlo da velocidade adaptativo sistemas utilizados apenas sensores Lidar.

detecção de objectos para os sistemas de transporte

Em sistemas de transporte, para garantir veículo e a segurança dos passageiros e desenvolver sistemas eletrônicos que oferecem assistência ao condutor, veículo compreensão e seu ambiente circundante é essencial. sistemas LIDAR desempenhar um papel importante na segurança dos sistemas de transporte. Lotes de sistemas eletrônicos que aumentam a assistência ao condutor e do veículo de segurança, tais como Adaptive Cruise Control (ACC), Travagem Assistida de Emergência, Anti-lock Braking System (ABS) dependem da detecção de ambiente de um veículo para agir de forma autónoma ou semi-autônoma. Mapeamento Lidar e estimativa de alcançar este objectivo.

Basics Visão geral: sistemas LIDAR atuais usam espelhos rotativos hexagonais que dividem o feixe de laser. Os superiores três vigas são usadas para veículos e obstáculos à frente e as vigas inferiores são usados para detectar marcações de pista e características da estrada. A principal vantagem da utilização de radar de laser é que a estrutura espacial é obtido e estes dados podem ser fundidos com outros sensores, tais como radar , etc, para obter uma melhor imagem do meio veículo, em termos de propriedades estáticas e dinâmicas dos objectos presentes no meio Ambiente. Por outro lado, um problema significativo com o LIDAR é a dificuldade na reconstrução de dados de nuvens de pontos em más condições climatéricas. Em chuva forte, por exemplo, os pulsos de luz emitidos a partir do sistema de radar de laser são parcialmente reflectida de gotas de chuva que acrescenta ruído para os dados, chamadas 'ecos'.

Abaixo mencionados são diferentes abordagens de tratamento de dados LIDAR e usá-lo juntamente com os dados de outros sensores através de fusão de sensores para detectar as condições de ambiente do veiculo.

de processamento com base GRID utilizando 3-D LIDAR e fusão com medição por radar

Neste método, proposto por Philipp Lindner e Gerd Wanielik, os dados laser é processado usando uma grade de ocupação multidimensional. Dados a partir de um laser de quatro camadas é pré-processado ao nível do sinal e, em seguida, processado a um nível superior para extrair as características dos obstáculos. Uma combinação de dois e estrutura de grelha tridimensional é usado e o espaço em destas estruturas é tessellated em várias células discretas. Este método permite uma enorme quantidade de dados de medição de matérias a ser tratadas eficazmente por recolhendo-a recipientes espaciais, as células da grade evidência. Cada célula está associada a uma medida de probabilidade que identifica a ocupação celular. Esta probabilidade é calculada usando o intervalo de medição do sensor de radar de laser obtidos ao longo do tempo e um novo intervalo de medição, as quais estão relacionadas com o teorema de Bayes . Uma grade bidimensional pode observar um obstáculo na frente dele, mas não pode observar o espaço atrás do obstáculo. Para resolver isso, o estado desconhecido por trás do obstáculo é atribuída uma probabilidade de 0,5. Ao introduzir a terceira dimensão, ou em outros termos usando um laser multi-camada, a configuração espacial de um objecto pode ser mapeado na estrutura de grelha a um grau de complexidade. Isto é conseguido através da transferência dos pontos de medição para uma grelha tridimensional. As células de grelha que são ocupados irá possuir uma probabilidade superior a 0,5 e o mapeamento seria código de cores com base na probabilidade. As células que não estão ocupados irá possuir uma probabilidade inferior a 0,5 e esta área será usualmente o espaço em branco. Esta medição é então transformada para uma grade sistema de coordenadas usando o sensor de posição do veículo e a posição do veículo no sistema de coordenadas. As coordenadas do sensor depende da sua localização no veículo e as coordenadas do veículo é calculado usando egomotion estimativa, que é estimar o movimento do veículo em relação a uma cena rígida. Para este método, o perfil da grade deve ser definido. As células da grade tocados pelo raio laser transmitido são calculados através da aplicação de Algoritmo de Bresenham . Para obter a estrutura estendida espacial, uma análise de componente ligado destas células é realizada. Esta informação é então passada para uma pinça rotativa algoritmo para obter as características espaciais do objecto. Em adição à detecção radar de laser, dados do radar obtidos usando dois radares de curto alcance é integrado para obter as propriedades dinâmicas adicionais do objecto, tal como a sua velocidade. As medições são atribuídos para o objecto utilizando uma função de distância possível.

Vantagens e desvantagens

As características geométricas dos objectos são extraídos de forma eficiente, a partir das medidas obtidas pela grelha ocupação 3-D, utilizando o algoritmo da pinça rotativa. Combinando os dados do radar para as medições LIDAR dar informação sobre as propriedades dinâmicas do obstáculo, tal como a velocidade e localização do obstáculo no que diz respeito à localização do sensor que ajuda o veículo ou o condutor decidir a acção a ser executada, a fim de garantir a segurança. A única preocupação é a exigência computacional para implementar esta técnica de processamento de dados. Pode ser implementado em tempo real e tem sido provado eficiente se o 3-D tamanho da grade de ocupação é consideravelmente restringida. Mas isso pode ser melhorada a uma gama ainda mais larga usando estruturas de dados espaciais dedicados que manipulam os dados espaciais de forma mais eficaz, para a representação de grade 3-D.

Fusão de 3-D radar de laser e a cor da câmara para a detecção de objectos múltiplos e acompanhamento

A estrutura proposta neste método por Soonmin Hwang et al., É dividida em quatro etapas. Em primeiro lugar, os dados a partir da câmara e 3-D LIDAR é introduzida no sistema. Ambas as entradas de radar de laser e da câmara são obtidos paralelamente e a imagem a cores a partir da câmara é calibrado com o radar de laser. Para melhorar a eficiência, horizontal amostragem por pontos em 3-D é aplicado como pré-processamento. Em segundo lugar, a fase de segmentação é onde todo o pontos 3-D são divididos em vários grupos de acordo com a distância dos planos dos sensores e locais de perto plano em plano longe são sequencialmente estimado. Os planos locais são estimados utilizando análise estatística. O grupo de pontos mais próximos do sensor são utilizados para calcular o plano inicial. Usando o plano atual, o próximo plano local é estimada pela atualização iterativa. As propostas objecto na imagem 2-D são utilizados para separar objectos em primeiro plano de fundo. Para a detecção e rastreamento binarizadas Normed gradientes para Objectness Estimativa em 300fps mais rápido e preciso é usado. Bing é uma combinação de gradiente normalizado e a sua versão binarizada o que acelera o processo de extracção de características e de teste, para estimar a objectness de uma janela de imagem. Desta forma, os objetos em primeiro plano e plano de fundo são separados. Para formar objectos depois de estimar o objectness de uma imagem usando Bing, os pontos 3-D são agrupados ou agrupados. Agrupamento é feito usando DBSCAN (Concentração espacial baseado na densidade de Aplicações com ruído) algoritmo que poderia ser robusto, devido à sua característica menos paramétrico. Usando os pontos agrupados em 3-D, ou seja, o segmento 3-D, mais precisas região-de-interesse (ROI) são gerados por projecta pontos 3-D na imagem 2-D. O terceiro passo é a detecção, a qual é dividida em duas partes. Primeiro é a detecção de objectos na imagem 2-D, o que é conseguido usando rápida R-CNN como este método não necessitam de formação e também considera uma imagem e várias regiões de interesse. O segundo é a detecção de objectos no espaço de 3-D, que é feito usando o método de imagem de centrifugação. Este método extrai histogramas locais e globais para representar um determinado objeto. Para fundir os resultados de imagem 2-D e detecção espaço objeto 3-D, a mesma região 3-D é considerado e dois classificadores independentes de imagem 2-D e 3-D espaço são aplicadas à região considerada. Calibração Scores é feito para obter uma única pontuação de confiança de ambos os detectores. Este único pontuação é obtido sob a forma de probabilidade. O passo final é o acompanhamento. Isto é feito por se associar objectos que se deslocam no quadro presente e no passado. Para rastreamento de objetos, correspondente segmento é adotada. As características tais como a média, o desvio padrão, histogramas de cor quantificados, tamanho do volume e do número de pontos 3-D de um segmento são computadas. Distância Euclidiana é usado para medir as diferenças entre os segmentos. Para avaliar o aparecimento e desaparecimento de um objecto, os segmentos semelhantes (obtidos com base na distância Euclidiana) a partir de dois quadros diferentes são tomadas e as pontuações distância e dissimilaridade físicas são calculados. Se a pontuação ir além de uma gama para cada segmento no quadro anterior, o objeto que está sendo rastreado é considerada ter desaparecido.

Vantagens e desvantagens

As vantagens deste método são usando imagem 2-D e dados 3-D em conjunto, F l-pontuação (que dá uma medida da precisão do teste), precisão média (PM) são mais altas do que quando dados apenas 3-D de LIDAR é usava. Estas pontuações são medidas convencionais que julgar o quadro. A desvantagem deste método é o uso do Bing para a estimativa proposta objeto como BING prevê um pequeno conjunto de caixas de objeto delimitadoras.

detecção de obstáculos e meio ambiente reconhecimento estrada usando lidar

Este método proposto por Kun Zhou et al. não só incide sobre a detecção de objetos e rastreamento, mas também reconhece características Marca de Estrada pista e. Como mencionado anteriormente os sistemas LIDAR usar espelhos rotativos hexagonais que dividem o feixe de laser em seis vigas. As três camadas superiores são usados para detectar os objectos para a frente, tais como automóveis e objectos de beira de estrada. O sensor é feito de material resistente às intempéries. Os dados detectados pelo LIDAR estão agrupados para vários segmentos e rastreados por filtro de Kalman . Agrupamento de dados aqui é feita com base nas características de cada segmento com base no modelo de objecto, que distinguem diferentes objectos, tais como veículos, placas, etc. Estas características incluem as dimensões do objecto, etc. Os reflectores sobre os bordos traseiros de veículos são usados para diferenciar os veículos de outros objectos. Rastreamento de objetos é feito usando um filtro de Kalman 2 estágios considerando a estabilidade do rastreamento e do movimento acelerado de objetos Lidar dados intensidade reflexivo também é usado para a detecção de meio-fio, fazendo uso de regressão robusta para lidar com oclusões. A marcação de estradas é detectado utilizando um método modificado por Otsu distinguir superfícies ásperas e brilhantes.

vantagens

refletores de beira de estrada que indicam fronteira pista às vezes são escondidos devido a várias razões. Portanto, outra informação é necessária para reconhecer a fronteira estrada. O radar de laser utilizado neste método pode medir a reflectividade do objecto. Assim, com esta fronteira rodoviária de dados também pode ser reconhecido. Além disso, o uso do sensor com cabeça tempo robusto ajuda a detectar os objetos, mesmo em más condições atmosféricas. Canopy Modelo Altura antes e após a inundação é um bom exemplo. Lidar pode detectar altos dados detalhados altura do dossel, bem como a sua fronteira estrada.

medições Lidar ajudar a identificar a estrutura espacial do obstáculo. Isso ajuda a distinguir objetos com base no tamanho e estimar o impacto da condução sobre ele.

sistemas LIDAR proporciona uma melhor gama e um grande campo de visão que ajuda a detectar obstáculos nas curvas. Esta é uma vantagem importante sobre os sistemas de radar, que têm um campo de visão mais estreito. A fusão de medição lidar com diferentes sensores faz com que o sistema robusto e útil em aplicações em tempo real, uma vez que os sistemas dependentes LIDAR não pode estimar a informação dinâmica sobre o objecto detectado.

Tem sido demonstrado que lidar podem ser manipuladas, de modo que os carros de auto-condução são levados a tomar medidas evasivas.

Biologia e conservação

imaging Lidar comparando antiga floresta (à direita) para uma nova plantação de árvores (esquerda)

Lidar também tem encontrado muitas aplicações na silvicultura . Dossel alturas, biomassa medições, e a área de folha podem ser estudados utilizando sistemas LIDAR transportadas pelo ar. Da mesma forma, lidar também é usado por muitas indústrias, incluindo energia e Railroad, e do Departamento de Transportes como uma maneira mais rápida de levantamento. Os mapas topográficos também pode ser gerado a partir de lidar facilmente, incluindo para fins recreativos, tais como na produção de orientação mapas.

Além disso, a Save the Redwoods League tem de empreender um projeto para mapear as sequóias de altura na costa norte da Califórnia. Lidar permite que cientistas de pesquisa, não só para medir a altura de árvores previamente não mapeados, mas para determinar a biodiversidade da floresta de sequóias. Stephen Sillett , que está trabalhando com a Liga no projeto lidar North Coast, afirma esta tecnologia será útil em dirigir os esforços futuros para preservar e proteger sequóias antigas.

ciência Geologia e solo

De alta resolução de mapas digitais de elevação gerados por lidar no ar e estacionária levaram a avanços significativos na geomorfologia (o ramo de geociências preocupado com a origem e evolução da topografia da superfície da Terra). As habilidades LIDAR para detectar características topográficas sutis, como terraços fluviais e bancos canal do rio, para medir a elevação de superfície terrestre sob o dossel da vegetação, para melhor resolver derivadas espaciais de elevação, e para detectar mudanças de altitude entre levantamentos repetidos permitiram que muitos estudos novos dos processos físicos e químicos que moldam paisagens. Em 2005, o Posto de Ronde no maciço do Mont Blanc se tornou a primeira alta montanha alpina em que lidar foi empregado para monitorar a ocorrência crescente de rock-queda grave ao longo do grande rocha enfrenta alegadamente causados por alterações climáticas e degradação do permafrost em altitudes elevadas.

Em geofísica e tectónica, uma combinação de lidar com base em aeronaves e GPS evoluiu para uma ferramenta importante para a detecção de falhas e para a medição de elevação . A saída das duas tecnologias podem produzir modelos de elevação extremamente precisos para o terreno - modelos que podem até mesmo medir elevação do solo através das árvores. Esta combinação foi usada o mais famosa para encontrar a localização do Seattle Falha em Washington , Estados Unidos. Esta combinação também mede elevação no Mt. St. Helens usando dados de antes e depois da elevação de 2004. Sistemas LIDAR Airborne monitorar geleiras e têm a capacidade de detectar quantidades sutis de crescimento ou declínio. Um sistema baseado em satélites, a NASA ICESat , inclui um sub-sistema lidar com esta finalidade. A NASA Airborne topográfico mapeador também é amplamente utilizado para monitorizar geleiras e executar análise de mudança costeira. A combinação também é usado por cientistas do solo, criando um levantamento de solos . A modelagem detalhada do terreno permite que os cientistas do solo para ver mudanças de inclinação e quebras landform que indicam padrões em relações espaciais de solo.

Atmosfera

Inicialmente, baseados em lasers de rubi, LIDAR para aplicações meteorológicas foi construído logo após a invenção do laser e representam uma das primeiras aplicações da tecnologia de laser. Lidar tecnologia, desde então, expandido vastamente na capacidade e sistemas LIDAR são utilizados para realizar uma gama de medições, que incluem perfis de nuvens, medindo ventos, estudando aerossóis, e quantificar vários componentes atmosféricos. Componentes atmosféricos por sua vez pode fornecer informações úteis, incluindo a pressão de superfície (medindo a absorção de oxigénio ou azoto), as emissões de gases com efeito de estufa (dióxido de carbono e metano), fotossíntese (dióxido de carbono), incêndios (monóxido de carbono), e a humidade (vapor de água) . Lidars atmosféricas pode ser ou baseados em terra, no ar ou por satélite, dependendo do tipo de medição.

LIDAR atmosférica obras de sensoriamento remoto de duas maneiras -

  1. medindo retrodispersão a partir da atmosfera, e
  2. através da medição da reflexão difusa do chão (quando o LIDAR é transportado pelo ar) ou outra superfície dura.

Retroespalhamento a partir da atmosfera dá directamente uma medida de nuvens e aerossóis. Outras medições derivadas a partir de retroespalhamento, tais como ventos ou cristais de gelo de cirro requerem selecção cuidadosa do comprimento de onda e / ou a polarização detectado. Radar de laser Doppler e de Rayleigh Doppler LIDAR são usados para medir a temperatura e / ou a velocidade do vento ao longo do feixe através da medição da frequência da luz retrodifundida. O alargamento de Doppler de gases em movimento permite a determinação de propriedades através do deslocamento de frequência resultante. Digitalizar lidars, tais como a cica-digitalização NASA HARLIE LIDAR, têm sido usados para medir a velocidade do vento atmosférica. A ESA missão vento ADM-Aeolus será equipado com um sistema lidar Doppler, a fim de fornecer medições globais de perfis de vento verticais. Um sistema doppler lidar foi usado nos Jogos Olímpicos de 2008 para medir campos de vento durante a competição de iates.

sistemas LIDAR Doppler também estão começando agora a ser aplicada com sucesso no sector das energias renováveis ​​para adquirir velocidade do vento, turbulência, veer vento, e dados de vento de cisalhamento. Ambos os sistemas de onda pulsado e contínuo estão a ser utilizados. sistemas pulsados ​​usar tempo do sinal para obter a resolução da distância vertical, enquanto que os sistemas de onda contínua contar com detector de focagem.

O termo, eolics , foi proposto para descrever o estudo colaborativo e interdisciplinar de vento usando simulações computacionais da mecânica dos fluidos e medições LIDAR Doppler.

A reflexão à terra de um radar de laser no ar dá uma medida da reflectividade da superfície (assumindo que a transmitância atmosférica é bem conhecido) ao comprimento de onda de radar de laser, no entanto, a reflexão no solo é normalmente usado para fazer medições de absorção da atmosfera. "Absorção diferencial" LIDAR (DIAL) medições de utilizar duas ou mais espaçadas (<1 nm) comprimentos de onda para o factor a reflectividade da superfície, bem como outras perdas de transmissão, uma vez que estes factores são relativamente insensíveis ao comprimento de onda. Quando afinada para as linhas de absorção adequadas de um gás particular, DIAL medições podem ser utilizadas para determinar o (relação de mistura) concentração do referido gás em particular na atmosfera. Isto é referido como uma Absorção Path Diferencial Integrado abordagem (IPDA), uma vez que é uma medida da absorção integrado ao longo de todo o caminho lidar. Lidars IPDA pode ser pulsada ou CW e tipicamente usam dois ou mais comprimentos de onda. Lidars IPDA têm sido utilizados para a detecção remota de dióxido de carbono e metano.

Sintético matriz LIDAR permite lidar de imagem sem a necessidade de um detector de arranjo. Ele pode ser usado para imagiologia Doppler velocimetria de imagens, a taxa de quadros ultra-rápida (MHz), bem como por salpico redução LIDAR coerente. Uma extensa bibliografia lidar para aplicações atmosféricas e hidrosfera é dada por Grant.

regra de scheimpflug

Outra técnica para lidar teledetecção atmosférica emergiu. Ele é baseado no princípio Scheimpflug , referido como Scheimpflug lidar ( slidar ).

" A implicação do princípio Scheimpflug é que, quando um feixe de laser é transmitida para a atmosfera, o eco de retroespalhamento de todo o volume da sonda iluminante ainda está em foco simultaneamente sem diminuir a abertura, enquanto o plano do objecto, plano imagem e no plano da lente se cruzam uns com os outros ". A dois CCD dimensional câmera / CMOS é usado para resolver o eco backscattering do feixe de laser transmitida.

Assim como no caso das tecnologias convencionais LIDAR fontes de luz de onda contínuos, tais como lasers de diodo podem ser utilizados para a detecção remota em vez de usar nanossegundos fontes de luz de impulsos complicados. O sistema SLidar é também um sistema robusto e de baixo custo com base em diodos de laser compactos e detectores de matriz.

Aplicação da lei

Armas de velocidade LIDAR são usados pela polícia para medir a velocidade dos veículos para aplicação de limite de velocidade fins. Além disso, ele é usado em medicina forense para ajudar em investigações da cena do crime. Scans de uma cena são tomadas para gravar detalhes exatos de colocação do objeto, sangue e outras informações importantes para posterior análise. Esses exames também podem ser usados para determinar a trajetória da bala em casos de tiroteios.

Militares

Poucas aplicações militares são conhecidos por estar no lugar e são classificados (como a medição de velocidade baseados em lidar do AGM-129 ACM discrição míssil de cruzeiro nuclear), mas uma quantidade considerável de pesquisa está em andamento em seu uso para geração de imagens. Sistemas de resolução mais elevados coletar detalhes suficientes para identificar alvos, tais como tanques . Exemplos de aplicações militares de lidar incluem o Sistema de Detecção Airborne Laser Mine (ALMDS) para a guerra contra-meu por Arete Associates.

Um relatório da OTAN (RTO-TR-SET-098) avaliou os potenciais tecnologias para fazer a detecção de stand-off para a discriminação de agentes de guerra biológica. Os potenciais tecnologias avaliadas foram Longo-Wave Infrared (LWIR), Scattering Diferencial (DISC) e ultravioleta Laser Induced Fluorescence (UV-LIF). O relatório concluiu que: Com base nos resultados dos sistemas LIDAR testados e discutidos acima, o Grupo de Trabalho recomenda que a melhor opção para o curto prazo (2008-2010) aplicação de sistemas de detecção de stand-off é UV-LIF , no entanto, a longo prazo, outras técnicas, tais como stand-off espectroscopia Raman pode revelar-se útil para a identificação de agentes de guerra biológica.

Curto-gama espectrometria compacto lidar com base em fluorescência laser Induzida (LIF) se tratar a presença de bio-ameaças na forma de aerossol sobre locais críticos interiores, semi-fechados e ao ar livre tais como estádios, passagens subterrâneas, e aeroportos. Esta capacidade em tempo real perto permitiria a detecção rápida de uma libertação bioaerosol e permitir a implementação atempada de medidas para proteger os ocupantes e minimizar a extensão da contaminação.

O Sistema de Longo Alcance Biológica Standoff Detection (LR-BSDS) foi desenvolvido para o Exército dos EUA para fornecer o mais antigo aviso impasse possível de um ataque biológico. É um sistema aerotransportado transportado por um helicóptero para detectar nuvens de aerossol sintéticos contendo agentes biológicos e químicos a longas distâncias. O LR-BSDS, com um alcance de detecção de 30 km ou mais, foi colocado em junho de 1997. Cinco unidades LIDAR produzidos pela empresa alemã AG doente foram utilizados para a detecção de curto alcance em Stanley , o carro autônomo que ganhou em 2005 o DARPA Grand Challenge .

A robótica Boeing AH-6 realizado um vôo totalmente autônomo em junho de 2010, inclusive evitando obstáculos usando lidar.

Mineração

Para o cálculo dos volumes de minério é obtida por varrimento periódico (mensal) em áreas de remoção de minérios, em seguida, comparando dados de superfície para a verificação anterior.

sensores Lidar também pode ser usado para detecção de obstáculos e evitar para veículos de mineração robóticos como no Autónoma Haulage Sistema Komatsu (AHS) usado na Mina do Futuro da Rio Tinto.

Física e astronomia

Uma rede mundial de observatórios utiliza lidars para medir a distância de reflectores colocados no lua , permitindo que a posição da lua, para ser medida com precisão milimétrica e deflexão da luz a ser feito. MOLA , a Mars Laser Altimeter Orbiting, usou um instrumento de lidar em um satélite de Marte em órbita (a NASA Mars Global Surveyor ) para produzir um levantamento topográfico mundial espetacularmente precisa do planeta vermelho.

Em setembro de 2008, a NASA Phoenix Lander utilizado lidar de detectar neve na atmosfera de Marte.

Em física atmosférica, LIDAR é usado como um instrumento de detecção remota de medir as densidades de certos constituintes da atmosfera do meio e superior, tais como potássio , sódio , ou molecular de azoto e oxigénio . Estas medições podem ser utilizadas para calcular temperaturas. Lidar também pode ser utilizado para medir a velocidade do vento e para fornecer informações sobre a distribuição vertical dos aerossóis partículas.

No JET fusão nuclear centro de pesquisa, no Reino Unido perto de Abingdon, Oxfordshire , lidar Scattering Thomson é usado para determinar Electron densidade e temperatura perfis do plasma .

mecânica de rochas

Lidar tem sido amplamente utilizada na mecânica da rocha para caracterização de massas de rocha e a detecção de alterações de inclinação. Algumas propriedades geomecânicos importantes a partir da massa de rocha pode ser extraída a partir do ponto em 3-D nuvens obtidos por meio do radar de laser. Algumas dessas propriedades são:

  • orientação descontinuidade
  • espaçamento descontinuidade e RQD
  • abertura descontinuidade
  • persistência descontinuidade
  • descontinuidade rugosidade
  • infiltração de água

Algumas dessas propriedades têm sido utilizados para avaliar a qualidade geomecânica do maciço rochoso através da RMR índice. Além disso, como as orientações de descontinuidades pode ser extraído utilizando as metodologias existentes, é possível avaliar a qualidade de um geomecânica inclinação da rocha através do SMR índice. Além disso, a comparação de diferentes 3-D nuvens de pontos a partir de uma inclinação adquiridas em tempos diferentes permite que os investigadores a estudar as alterações produzidas no local durante este intervalo de tempo, como resultado da queda de rochas ou de quaisquer outros processos de escorregamento.

THOR

THOR é um laser projetado para medir as condições atmosféricas da Terra. O laser entra numa cobertura de nuvens e mede a espessura do halo de retorno. O sensor tem uma abertura de fibra óptica com uma largura de 7,5 polegadas, que é utilizado para medir a luz de retorno.

Robotics

Lidar tecnologia está a ser utilizado em robótica para a percepção do ambiente, bem como a classificação de objectos. A capacidade da tecnologia LIDAR para fornecer mapas tridimensionais de elevação do terreno, alta precisão distância ao solo e velocidade de abordagem pode permitir pouso seguro de veículos robóticos e tripuladas com um alto grau de precisão. Lidar também são amplamente utilizados em robótica para localizao e mapeamento simultâneo e bem integrado no robot simuladores. Consulte a seção militar acima para mais exemplos.

Voo espacial

LIDAR é cada vez mais utilizada para rangefinding e elemento orbital cálculo da velocidade relativa em operações de proximidade e stationkeeping de sonda . Lidar também tem sido utilizada para atmosféricas estudos de espaço. Pulsos curtos de luz laser com vigas de uma sonda que pode reflectir fora de minúsculas partículas na atmosfera e de volta a um telescópio alinhado com o laser nave espacial. Cronometrando precisamente a lidar 'eco', e medindo a quantidade de luz laser é recebida pelo telescópio, os cientistas podem determinar com precisão a localização, distribuição e natureza das partículas. O resultado é uma nova ferramenta revolucionária para estudar constituintes na atmosfera, de gotículas de nuvem para poluentes industriais, que são difíceis de detectar por outros meios ".

topografia

Este TomTom mapeamento van está equipado com cinco lidars no seu tejadilho.

Sensores LIDAR aerotransportadas são usados por empresas na área de sensoriamento remoto. Eles podem ser usados para criar um DTM (Modelo Digital do Terreno) ou DEM ( Modelo Digital de Elevação ); esta é uma prática comum para áreas maiores, como um avião pode adquirir 3-4 km faixas largas em um único viaduto. Maior precisão vertical de menos de 50 mm pode ser conseguido com um viaduto inferior, mesmo em florestas, em que seja capaz de dar a altura da cobertura, bem como a elevação do solo. Tipicamente, um receptor GNSS configurada ao longo de um ponto controlo de georeferenciada é necessária para relacionar os dados com os WGS ( sistema geodésico mundial ).

LiDAR também estão em uso em levantamentos hidrográficos . Dependendo da clareza da LiDAR água pode medir a profundidade de 0,9 m a 40 m, com uma exactidão vertical de 15 cm de altura e 2,5 m de precisão horizontal.

Silvicultura

sistemas LIDAR também foram aplicadas para melhorar a gestão florestal. As medições são usadas para fazer um inventário nas parcelas florestais, bem como calcular a altura das árvores individuais, largura coroa e diâmetro da copa. Outros dados estatísticos uso análise LIDAR para estimar a informação total de trama, tais como volume da copa, quer dizer, mínimo e alturas máximas, e as estimativas de cobertura vegetal.

Transporte

Lidar tem sido usado na indústria ferroviária para gerar relatórios de saúde de ativos para gerenciamento de ativos e por departamentos de transporte para avaliar suas condições de estrada. CivilMaps.com é uma empresa líder no campo. Lidar foi usado no controlo da velocidade adaptativo sistemas (ACC) para automóveis. Sistemas, tais como os da Siemens, Hella, e Cepton usar um dispositivo radar de laser montada na parte dianteira do veículo, tais como pára-choques, para monitorizar a distância entre o veículo e qualquer veículo na frente dele. No caso do veículo da frente diminui ou está muito próximo, o ACC aplica os freios para reduzir a velocidade do veículo. Quando a estrada à frente estiver livre, o ACC permite que o veículo para acelerar a uma velocidade pré-selecionada pelo condutor. Consulte a seção militar acima para mais exemplos. Um dispositivo baseado em LIDAR, o Tetômetro é usada em aeroportos em todo o mundo para medir a altura de nuvens em caminhos de aproximação pista.

otimização de parque eólico

Lidar pode ser utilizado para aumentar a produção de energia a partir de parques eólicos por velocidades de vento de medição precisão e turbulência do vento. Sistemas LIDAR experimentais pode ser montado na nacelle de uma turbina de vento ou integrado no girador rotativo para medir ventos horizontais que se aproxima, ventos na sequência da turbina de vento, e de forma proactiva ajustar as lâminas para proteger os componentes e aumentar a potência. Lidar também é utilizado para caracterizar o recurso vento incidente para comparação com a produção de energia de turbina eólica para verificar o desempenho da turbina eólica por medição da curva de potência da turbina de vento. Otimização de parque eólico pode ser considerado um tema em eolics aplicadas . Outro aspecto da LIDAR em vento ligados à indústria é a utilização de dinâmica de fluidos computacional mais superfícies LIDAR-digitalizados, a fim de avaliar o potencial de vento, que pode ser utilizado para a colocação óptima parques eólicos.

optimização implantação solar fotovoltaica

Lidar também pode ser usado para ajudar os planejadores e desenvolvedores a otimizar solares fotovoltaicos sistemas a nível da cidade, determinando telhados apropriados e para determinar sombreamento perdas. Recentes aerotransportadas esforços de varredura a laser têm incidido sobre maneiras de estimar a quantidade de luz solar de bater fachadas de edifícios verticais, ou incorporando as perdas mais detalhados sombreamento, considerando a influência da vegetação e maiores terreno circundante.

Videogames

Recentes corrida jogos de simulação como iRacing , Assetto Corsa e Projeto CARS cada vez mais apresentam pistas de corrida reproduzidas a partir de 3-D nuvens de pontos adquiridos através de inquéritos Lidar, resultando em superfícies replicadas com precisão milimétrica no ambiente do jogo 3-D.

O jogo 2,017 exploração Scanner Sombre , por introversão Software , usa Lidar como mecânico fundamentais jogo.

Outros usos

O vídeo para a música " House of Cards ", de Radiohead foi acreditado para ser o primeiro uso do tempo real 3-D de varredura a laser para gravar um videoclipe. Os dados de alcance no vídeo não é completamente de um radar de laser, como a digitalização de luz estruturada é também utilizado.

tecnologias alternativas

Desenvolvimento recente da estrutura do movimento tecnologias (SFM) permite a entrega de imagens e mapas 3-D com base em dados extraídos de fotografia visual e IR. Os dados de elevação ou 3-D é extraído usando múltiplas passagens paralelas sobre a área mapeado, obtendo-se ambas as imagens visuais de luz e a estrutura 3-D a partir do mesmo sensor, o que é muitas vezes uma câmara digital especialmente escolhido e calibrado.

Veja também

Referências

Outras leituras

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  • Heritage, G., & Grande, A. (Eds.). (2009). Varredura a laser para as ciências ambientais. John Wiley & Sons. ISBN  1-4051-5717-8
  • Maltamo, M., Næsset, E., & Vauhkonen, J. (2014). Aplicações Florestais da Digitalização Airborne Laser: Conceitos e Casos de Estudo (Vol 27).. Springer Science & Business Media. ISBN  94-017-8662-3
  • Shan, J., & Toth, CK (Eds.). (2008). A laser topográfico variando e digitalização: princípios e processamento. Imprensa CRC. ISBN  1-4200-5142-3
  • Vosselman, G., & Maas, HG (Eds.). (2010). Varredura a laser aerotransportado e terrestre. Whittles Publishing. ISBN  1-4398-2798-2

links externos