Kao koncept, lidar postoji već desetljećima. No, zanimanje za ovu tehnologiju naglo je poraslo posljednjih godina, jer senzori postaju sve manji, složeniji, a opseg proizvoda s lidar tehnologijom sve se više širi.
Riječ lidar je transliteracija LIDAR -a (otkrivanje svjetlosti i rangiranje). Ovo je tehnologija za dobivanje i obradu informacija o udaljenim objektima pomoću aktivnih optičkih sustava koji koriste fenomene refleksije i raspršenja svjetlosti u prozirnim i poluprozirnim medijima. Lidar je kao uređaj sličan radaru, pa je njegova primjena promatranje i otkrivanje, ali umjesto radio valova, kao u radaru, koristi svjetlost koju u velikoj većini slučajeva stvara laser. Pojam lidar često se koristi naizmjenično s Ladar -om, koji označava lasersko otkrivanje i rangiranje, iako Joe Buck, voditelj istraživanja u Coherent Technologies, dio odjela za svemirske sustave Lockheed Martina, kaže da su dva koncepta s tehničkog gledišta različita. “Kad gledate nešto što bi se moglo smatrati mekim predmetom, poput čestica ili aerosola u zraku, stručnjaci imaju tendenciju koristiti lidar kada govore o otkrivanju tih objekata. Kad gledate čvrste, čvrste predmete poput automobila ili stabla, skloni ste naginjati pojmu Ladar. " Za malo više informacija o lidaru sa znanstvenog stajališta pogledajte odjeljak "Lidar: Kako to funkcionira".
"Lidar je bio predmet istraživanja dugih desetljeća od svog početka početkom 1960 -ih", nastavio je Buck. Međutim, zanimanje za njega značajno je poraslo od početka ovog stoljeća, prije svega zahvaljujući tehnološkom napretku. Kao primjer je upotrijebio renderiranje sintetičkog otvora blende. Što je teleskop veći, može se postići veća rezolucija objekta. Ako vam je potrebna iznimno visoka razlučivost, tada bi mogao biti potreban mnogo veći optički sustav, što s praktičnog gledišta možda nije baš praktično. Snimanje sintetičkim otvorom blende rješava ovaj problem korištenjem pokretne platforme i obradom signala kako bi se dobio stvarni otvor koji može biti mnogo veći od fizičkog otvora blende. Radari sa sintetičkim otvorom blende (SAR) koriste se već desetljećima. Međutim, tek početkom 2000 -ih započele su praktične demonstracije optičkog snimanja sa sintetičkim otvorom blende, unatoč činjenici da su se laseri u to vrijeme već široko koristili. “Zapravo, trebalo je više vremena za razvoj optičkih izvora koji bi imali dovoljnu stabilnost u širokom rasponu prilagodbi … Poboljšanje materijala, izvora svjetlosti i detektora (koji se koriste u lidarima) nastavlja se. Ne samo da sada imate mogućnost mjerenja, već ih možete raditi i u malim blokovima, čineći sustave praktičnim u smislu veličine, težine i potrošnje energije."
Također postaje lakše i praktičnije prikupljati podatke iz lidara (ili podatke koje prikuplja lidar). Tradicionalno, sastavljen je od zračnih senzora, kaže Nick Rosengarten, voditelj Grupe proizvoda za geoprostorne eksploatacije u BAE Systems. Međutim, danas se senzori mogu instalirati u kopnena vozila ili čak u naprtnjače, što podrazumijeva prikupljanje podataka od ljudi. "Ovo otvara čitav niz mogućnosti, podaci se sada mogu prikupljati i u zatvorenom i na otvorenom", objasnila je Rosengarten. Matt Morris, voditelj geoprostornih rješenja u Textron Systemsu, kaže: „Lidar je doista nevjerojatan skup podataka jer pruža najdetaljnije detalje na Zemljinoj površini. Daje mnogo detaljniju i, da tako kažemo, nijansiranu sliku od DTED (Digital Terrain Elevation Data) tehnologije, koja pruža informacije o visini zemljine površine u određenim točkama. Možda je jedan od najsnažnijih primjera koje sam čuo od naših vojnih kupaca scenarij razmještanja na nepoznatom terenu, jer oni moraju znati kamo će ići … popeti se na krov ili popeti se na ogradu. DTED podaci ne dopuštaju vam da to vidite. Nećete ni vidjeti zgrade."
Morris je primijetio da vam čak i neki tradicionalni podaci o visini terena visoke razlučivosti neće dopustiti da vidite ove značajke. Ali lidar vam to omogućuje zbog svog "razmaka položaja" - pojma koji opisuje udaljenost između položaja koja se može točno prikazati u nizu podataka. U slučaju lidara, “nagib” se može smanjiti na centimetre, “tako da možete točno znati visinu krova zgrade, visinu zida ili visinu stabla. To doista povećava razinu trodimenzionalne (3D) svjesnosti o situaciji. " Osim toga, cijena lidar senzora se smanjuje, kao i njihova veličina, što ih čini pristupačnijima. “Prije deset godina sustavi senzora lidara bili su vrlo veliki i vrlo skupi. Zaista su imali veliku potrošnju energije. No kako su se razvijale, tehnologije su se poboljšavale, platforme su postale mnogo manje, potrošnja energije se smanjila, a kvaliteta podataka koje su generirali povećala se."
Morris je rekao da je glavna upotreba lidara u vojnom području u 3D planiranju i obuci borbenih misija. Na primjer, proizvod za simulaciju leta njegove tvrtke Lidar Analyst omogućuje korisnicima da preuzmu velike količine podataka i "brzo generiraju ove 3D modele, a zatim mogu vrlo precizno planirati svoje misije". Isto vrijedi i za kopnene operacije. Morris je objasnio: "Naš proizvod koristi se za planiranje ulaznih i izlaznih ruta do ciljnog područja, a budući da su sirovi podaci visoke razlučivosti, moguće je provesti vrlo točnu analizu situacije unutar vidnog polja."
Uz Lidar Analyst, Textron je razvio RemoteView, softver za analizu slika za američke vojne i obavještajne agencije. Softver RemoteView može koristiti različite izvore podataka, uključujući podatke lidara. BAE Systems također nudi softver za geoprostornu analizu, čiji je vodeći proizvod ovdje SOCET GXP, koji pruža mnoge mogućnosti, uključujući i upotrebu podataka lidara. Osim toga, Rosengarten je objasnio da je tvrtka razvila tehnologiju GXP Xplorer, koja je aplikacija za upravljanje podacima. Ove su tehnologije sasvim prikladne za vojne primjene. Rosengarten je, na primjer, spomenuo alat za izračunavanje zone slijetanja helikoptera koji je dio softvera SOCET GXP. "Može uzeti podatke lidara i pružiti korisnicima informacije o područjima na zemlji koja bi mogla biti dovoljna za slijetanje helikoptera." Na primjer, može im reći postoje li okomite prepreke na putu, poput drveća: "Ljudi mogu koristiti ovaj alat za identificiranje područja koja bi mogla biti najprikladnija kao mjesto evakuacije tijekom humanitarnih kriza." Rosengarten je također istaknuo potencijal popločavanja, gdje se više skupova podataka lidara prikuplja s određenog područja i povezuje. To je omogućeno „povećanom vjernošću metapodataka senzora lidara u kombinaciji sa softverom kao što je aplikacija SOCET GXP BAE Systems, koja može pretvoriti metapodatke u precizne zone na tlu, izračunate pomoću geoprostornih podataka. Postupak se temelji na lidar podacima i ne ovisi o načinu prikupljanja podataka."
Kako radi: lidar
Lidar radi tako da osvjetljava metu svjetlošću. Lidar može koristiti svjetlo u vidljivom, ultraljubičastom ili bliskom infracrvenom području. Princip rada lidara je jednostavan. Objekt (površina) je osvijetljen kratkim svjetlosnim impulsom, mjeri se vrijeme nakon kojeg se signal vraća na izvor. Lidar lansira brze kratke impulse laserskog zračenja na objekt (površinu) s frekvencijom do 150 000 impulsa u sekundi. Senzor na uređaju mjeri vrijeme između prijenosa svjetlosnog impulsa i njegovog odbijanja, pretpostavljajući konstantnu brzinu svjetlosti od 299792 km / s. Mjerenjem ovog vremenskog intervala moguće je izračunati udaljenost između lidara i zasebnog dijela objekta i stoga izgraditi sliku objekta na temelju njegovog položaja u odnosu na lidar.
Škare za vjetar
U međuvremenu, Buck je ukazao na moguće vojne primjene tehnologije WindTracer tvrtke Lockheed Martin. Komercijalna tehnologija WindTracer koristi lidar za mjerenje smicanja vjetra u zračnim lukama. Isti se postupak može koristiti u vojnom području, na primjer, za precizne zračne kapljice. “Morate ispustiti zalihe s dovoljno velike nadmorske visine, jer ih za to stavljate na palete i bacate s padobrana. Pogledajmo sada gdje slijeću? Možete pokušati predvidjeti kamo će otići, ali problem je u tome što dok se spuštate smicanje vjetra mijenja smjer na različitim nadmorskim visinama”, objasnio je. - I kako onda predviđate gdje će paleta sletjeti? Ako možete mjeriti vjetar i optimizirati putanju, tada možete isporučiti zalihe s vrlo velikom točnošću.”
Lidar se koristi i u bespilotnim kopnenim vozilima. Na primjer, proizvođač automatskih kopnenih vozila (AHA), Roboteam, stvorio je alat pod nazivom Top Layer. To je tehnologija 3D mapiranja i autonomne navigacije koja koristi lidar. Top Layer koristi lidar na dva načina, kaže Shahar Abukhazira, voditelj Roboteama. Prvi omogućuje mapiranje zatvorenih prostora u stvarnom vremenu. "Ponekad je video nedovoljan u podzemnim uvjetima, na primjer, može biti previše taman ili se vidljivost pogoršala zbog prašine ili dima", dodao je Abukhazira. - Lidarove sposobnosti omogućuju vam da se izvučete iz situacije s nultom orijentacijom i razumijevanjem okoline … sada on preslikava sobu, on mapira tunel. Odmah možete razumjeti situaciju, čak i ako ne vidite ništa i čak i ako ne znate gdje se nalazite."
Druga uporaba lidara je njegova autonomija, pomažući operateru da kontrolira više od jednog sustava u bilo kojem trenutku. "Jedan operater može kontrolirati jedan AHA, ali postoje još dva AHA-a koja jednostavno prate i slijede vozilo kojim upravljaju ljudi", objasnio je. Isto tako, vojnik može ući u prostorije, a ANA ga jednostavno slijedi, odnosno nema potrebe odlagati oružje kako bi upravljao aparatom. "Posao čini jednostavnim i intuitivnim." Roboteamov veći AHA Probot također ima lidar koji mu pomaže u putovanju na velike udaljenosti. “Ne možete zahtijevati od operatora da pritisne gumb tri dana zaredom … koristite lidar senzor da jednostavno slijedite vojnike, ili pratite automobil, ili čak automatski premjestite s jedne točke na drugu, lidar će vam pomoći u te situacije. izbjegavajte prepreke. " Abukhazira u budućnosti očekuje velike pomake na ovom području. Na primjer, korisnici su htjeli imati situaciju u kojoj čovjek i ANA komuniciraju poput dva vojnika. “Ne kontrolirate jedno drugo. Gledate se, zovete se i ponašate se točno kako biste trebali. Vjerujem da ćemo u određenom smislu postići ovu razinu komunikacije između ljudi i sustava. Bit će učinkovitije. Vjerujem da nas lidari vode u tom smjeru."
Idemo u podzemlje
Abukhazira se također nada da će senzori lidara poboljšati rad u opasnim podzemnim okruženjima. Lidar senzori pružaju dodatne informacije pri mapiranju tunela. Osim toga, primijetio je da ponekad u malom i mračnom tunelu operater možda ni ne shvati da AHA vodi u pogrešnom smjeru. “Lidar senzori rade poput GPS -a u stvarnom vremenu i čine da se proces osjeća kao video igra. Možete vidjeti svoj sustav u tunelu, znate kamo idete u stvarnom vremenu."
Vrijedi napomenuti da su lidar senzori još jedan izvor podataka i ne bi se trebali smatrati izravnom zamjenom za radar. Buck je primijetio da postoji velika razlika u valnoj duljini između dviju tehnologija koje imaju svoje prednosti i nedostatke. Često je najbolje rješenje koristiti obje tehnologije, na primjer, mjerenje parametara vjetra aerosolnim oblakom. Kraće valne duljine optičkih senzora omogućuju bolju detekciju smjera u usporedbi s dužim valnim duljinama RF senzora (radara). Međutim, prijenosna svojstva atmosfere vrlo su različita za dvije vrste senzora. “Radar je sposoban proći kroz određene vrste oblaka s kojima bi se lidar teško mogao nositi. No, u magli, na primjer, lidar može djelovati nešto bolje od radara."
Rosengarten je rekao da će kombiniranje lidara s drugim izvorima svjetlosti, poput pankromatskih podataka (pri snimanju pomoću širokog raspona svjetlosnih valnih duljina) dati potpunu sliku područja od interesa. Dobar primjer ovdje je definicija mjesta slijetanja helikoptera. Lidar može skenirati područje i reći da ima nulti nagib, bez obzira na to što zapravo gleda u jezero. Ova vrsta informacija može se dobiti korištenjem drugih izvora svjetlosti. Rosengarten vjeruje da će industrija na kraju spojiti tehnologije, okupljajući različite izvore vizualnih i drugih svjetlosnih podataka. "Naći će načine da sve podatke objedini pod jednim kišobranom … Dobivanje točnih i opsežnih informacija više je od običnog korištenja podataka lidara, već složen zadatak koji uključuje sve dostupne tehnologije."
