Kontseptsioonina on lidar olnud juba aastakümneid. Huvi selle tehnoloogia vastu on aga viimastel aastatel järsult kasvanud, kuna andurid muutuvad väiksemaks, keerukamaks ning lidar -tehnoloogiaga toodete valik laieneb üha enam.
Sõna lidar on LIDAR (valguse tuvastamine ja kaugus) transliteratsioon. See on tehnoloogia kaugete objektide kohta teabe hankimiseks ja töötlemiseks, kasutades aktiivseid optilisi süsteeme, mis kasutavad valguse peegeldumise ja hajumise nähtusi läbipaistvas ja poolläbipaistvas kandjas. Lidar kui seade sarnaneb radariga, seetõttu on selle rakendus vaatlus ja avastamine, kuid raadiolainete asemel, nagu radaril, kasutab see valdavalt enamikul juhtudel laseriga tekitatud valgust. Mõistet lidar kasutatakse sageli Ladariga, mis tähistab laserdetektorit ja ulatust, kuigi Johe Buck, Lockheed Martini kosmosesüsteemide divisjoni kuuluva Coherent Technologiesi teadusjuht, ütleb, et need kaks mõistet on tehnilisest seisukohast erinevad. "Kui vaatate midagi, mida võib pidada pehmeks objektiks, näiteks tahkete osakeste või aerosooli sisaldust õhus, kalduvad eksperdid nende objektide avastamisest rääkides kasutama lidarit. Kui vaatate tahkeid ja tahkeid esemeid, näiteks autot või puud, kipute kalduma mõiste Ladar poole. " Lisateavet lidari kohta teaduslikust vaatenurgast leiate jaotisest "Lidar: kuidas see toimib".
"Lidari on uuritud juba aastakümneid alates selle loomisest 1960ndate alguses," jätkas Buck. Huvi selle vastu on aga selle sajandi algusest märgatavalt kasvanud, seda ennekõike tänu tehnoloogia arengule. Ta kasutas näitena sünteetilise ava renderdamist. Mida suurem on teleskoop, seda suurem on objekti eraldusvõime. Kui vajate äärmiselt kõrget eraldusvõimet, siis võib vaja minna palju suuremat optilist süsteemi, mis ei pruugi praktilisest seisukohast kuigi praktiline olla. Sünteetilise ava pildistamine lahendab selle probleemi, kasutades liikuvat platvormi ja signaalitöötlust, et saada tegelik ava, mis võib olla palju suurem kui füüsiline ava. Sünteetilise avaga radareid (SAR) on kasutatud juba aastakümneid. Kuid alles 2000. aastate alguses alustati sünteetilise avaga optilise pildistamise praktilisi demonstratsioone, hoolimata asjaolust, et lasereid kasutati juba sel ajal laialdaselt. “Tegelikult kulus rohkem aega optiliste allikate väljatöötamiseks, millel oleks piisav stabiilsus laias reguleerimisulatuses … Materjalide, valgusallikate ja detektorite (mida kasutatakse kaanides) täiustamine jätkub. Lisaks sellele, et teil on nüüd võimalus neid mõõtmisi teha, saate neid teha ka väikeste plokkidena, muutes süsteemid praktiliseks nii suuruse, kaalu kui ka energiatarbimise osas."
Samuti muutub lihtsamaks ja praktilisemaks andmete kogumine lidarilt (või lidari kogutud teave). Traditsiooniliselt on see kokku pandud õhusõidukite anduritest, ütleb BAE Systemsi georuumiliste ekspluatatsioonitoodete grupi juht Nick Rosengarten. Kuid tänapäeval saab andureid paigaldada maismaasõidukitesse või isegi seljakotti, mis tähendab inimeste andmete kogumist. "See avab hulga võimalusi, nüüd saab andmeid koguda nii toas kui ka väljas," selgitas Rosengarten. Mattronris, Textron Systems'i georuumiliste lahenduste juht, ütleb: „Lidar on tõeliselt hämmastav andmekogum, kuna see pakub Maa pinnal kõige üksikasjalikumat teavet. See annab palju üksikasjalikuma ja nii -öelda rohkem toonitud pildi kui DTED (Digital Terrain Elevation Data) tehnoloogia, mis annab teavet maapinna teatud punktide kõrguse kohta. Võib -olla on üks võimsamaid kasutusjuhtumeid, mida olen kuulnud meie sõjaväelastelt klientidelt, stsenaarium, kuidas kasutusele võtta võõras maastikus, sest nad peavad teadma, kuhu nad lähevad … katusele või aiale ronimiseks. DTED -andmed ei võimalda teil seda näha. Sa ei näe isegi hooneid."
Morris märkis, et isegi mõned traditsioonilised kõrgresolutsiooniga maastiku kõrguse andmed ei võimalda teil neid funktsioone näha. Kuid lidar võimaldab teil seda teha oma "positsioonivahe" tõttu - termin, mis kirjeldab kaugust positsioonide vahel, mida saab andmemassiivis täpselt näidata. Lidari puhul saab “kaldenurka” vähendada sentimeetriteni, “nii saate täpselt teada hoone katuse kõrguse või seina kõrguse või puu kõrguse. See tõstab tõesti kolmemõõtmelise (3D) olukorrateadlikkuse taset. " Lisaks väheneb lidar -andurite hind koos nende suurusega, muutes need taskukohasemaks. „Kümme aastat tagasi olid lidari andurisüsteemid väga suured ja väga kallid. Neil oli tõesti suur energiatarve. Kuid arenedes arenesid tehnoloogiad, platvormid muutusid palju väiksemaks, energiatarbimine vähenes ja nende loodud andmete kvaliteet kasvas."
Morris ütles, et lidari peamine kasutusala sõjaväes on lahingumissioonide 3D -planeerimine ja väljaõpe. Näiteks võimaldab tema ettevõtte Lidar Analyst lennusimulatsioonitoode kasutajatel võtta sisse suuri andmemahtusid ja "kiiresti genereerida need 3D -mudelid, siis saavad nad oma missioone väga täpselt planeerida". Sama kehtib ka maapealsete operatsioonide kohta. Morris selgitas: "Meie toodet kasutatakse sihtpiirkonda sisenemise ja sealt väljumise marsruutide kavandamiseks ning kuna algandmed on kõrge eraldusvõimega, on võimalik vaatevälja piires olukorda väga täpselt analüüsida."
Koos Lidari analüütikuga on Textron välja töötanud USA sõjaväe- ja luureagentuuride jaoks pildianalüüsi tarkvaratoote RemoteView. RemoteView tarkvara saab kasutada mitmesuguseid andmeallikaid, sealhulgas lidari andmeid. BAE Systems pakub ka georuumilise analüüsi tarkvara, mille juhttoode on siin SOCET GXP, mis pakub mitmeid võimalusi, sealhulgas lidari andmete kasutamist. Lisaks selgitas Rosengarten, et ettevõte on välja töötanud GXP Xplorer tehnoloogia, mis on andmehaldusrakendus. Need tehnoloogiad sobivad sõjalisteks rakendusteks. Näiteks Rosengarten mainis SOCET GXP tarkvara osaks olevat tööriista helikopteri maandumispiirkonna arvutamiseks. "See võib võtta lidari andmeid ja anda kasutajatele teavet maapinnal asuvate alade kohta, millest võib helikopteri maandumiseks piisata." Näiteks võib ta neile öelda, kas teel on vertikaalseid takistusi, näiteks puud: "Inimesed saavad selle tööriista abil kindlaks teha piirkonnad, mis võiksid humanitaarkriiside ajal kõige paremini sobida evakuatsioonipunktiks." Rosengarten tõstis esile ka plaatimisvõimalusi, kus konkreetsest piirkonnast kogutakse kokku ja ühendatakse mitu lidari andmestikku. Selle teeb võimalikuks „lidar -anduri metaandmete suurenenud täpsus koos tarkvaraga, nagu BAE Systems'i rakendus SOCET GXP, mis võib muuta metaandmed maapinna täpseteks tsoonideks, mis arvutatakse georuumiliste andmete põhjal. Protsess põhineb lidari andmetel ja ei sõltu andmete kogumise viisist."
Kuidas see toimib: lidar
Lidar valgustab sihtmärki valgusega. Lidar võib kasutada valgust nähtavas, ultraviolettkiirguse või infrapuna läheduses. Lidari tööpõhimõte on lihtne. Objekt (pind) on valgustatud lühikese valgusimpulsiga, mõõdetakse aega, mille möödudes signaal allikasse naaseb. Lidar käivitab objektile (pinnale) kiired lühikesed laserkiirguse impulsid sagedusega kuni 150 000 impulssi sekundis. Seadme andur mõõdab aega valgusimpulsi edastamise ja selle peegelduse vahel, eeldades, et valguskiirus on püsivalt 299792 km / s. Seda ajavahemikku mõõtes on võimalik arvutada kaugus lidari ja objekti eraldi osa vahel ning seega luua objektist kujutis selle asukoha tõttu lidari suhtes.
Tuule nihkumine
Vahepeal osutas Buck Lockheed Martini WindTraceri tehnoloogia võimalikele sõjalistele rakendustele. Kaubanduslik tehnoloogia WindTracer kasutab lidarit tuulenihke mõõtmiseks lennujaamades. Sama protsessi saab kasutada ka militaarvaldkonnas, näiteks täpsete õhutilkade puhul. Te peate varud piisavalt kõrgelt maha laskma, selleks panete need kaubaalustele ja langetage langevarjust. Nüüd vaatame, kuhu nad maanduvad? Võite proovida ennustada, kuhu nad lähevad, kuid probleem on selles, et laskudes muudab tuulenihe erinevatel kõrgustel suunda,”selgitas ta. - Ja kuidas siis ennustada, kuhu kaubaalus maandub? Kui suudate mõõta tuult ja optimeerida trajektoori, saate tarnida tarneid väga suure täpsusega.”
Lidarit kasutatakse ka mehitamata maismaasõidukites. Näiteks automaatsete maapealsete sõidukite (AHA) tootja Roboteam on loonud tööriista nimega Top Layer. See on 3D -kaardistamine ja autonoomne navigeerimistehnoloogia, mis kasutab lidarit. Top Layer kasutab lidarit kahel viisil, ütleb Roboteami juht Shahar Abukhazira. Esimene võimaldab suletud ruumide reaalajas kaardistamist. "Mõnikord on video maa -alustes tingimustes ebapiisav, näiteks võib see olla liiga tume või nähtavus on tolmu või suitsu tõttu halvenenud," lisas Abukhazira. - Lidari võimalused võimaldavad teil eemale pääseda olukorrast, kus puudub orienteeritus ja keskkonnamõistmine … nüüd kaardistab ta ruumi, kaardistab tunneli. Kohe saate olukorrast aru, isegi kui te midagi ei näe ja isegi kui te ei tea, kus te olete."
Lidari teine kasutusala on selle autonoomia, mis aitab operaatoril igal hetkel juhtida rohkem kui ühte süsteemi. "Üks operaator saab juhtida ühte AHA-d, kuid on veel kaks AHA-d, mis lihtsalt jälgivad ja jälgivad inimese juhitavat sõidukit," selgitas ta. Samuti võib sõdur siseneda ruumidesse ja ANA lihtsalt järgneb talle, see tähendab, et aparaadi käitamiseks pole vaja relvi kõrvale panna. "See muudab töö lihtsaks ja intuitiivseks." Roboteami suuremal AHA Probotil on pardal ka lidar, mis aitab tal pikki vahemaid läbida. „Te ei saa nõuda operaatorilt kolm päeva järjest nuppu vajutamist … kasutate lidari andurit, et lihtsalt sõdureid jälgida või autot jälgida või isegi automaatselt ühest punktist teise liikuda. neid olukordi. vältida takistusi. " Abukhazira ootab tulevikus selles valdkonnas suuri läbimurdeid. Näiteks soovisid kasutajad olukorda, kus inimene ja ANA suhtlevad nagu kaks sõdurit. "Te ei kontrolli üksteist. Te vaatate üksteisele otsa, helistate üksteisele ja käitute täpselt nii, nagu peaksite. Usun, et teatud mõttes saame sellise suhtlusastme inimeste ja süsteemide vahel. See saab olema tõhusam. Usun, et sidurid juhivad meid selles suunas."
Lähme maa alla
Abukhazira loodab ka, et lidar -andurid parandavad operatsioone ohtlikes maa -alustes keskkondades. Lidari andurid annavad tunnelite kaardistamisel lisateavet. Lisaks märkas ta, et mõnikord väikeses ja pimedas tunnelis ei pruugi operaator isegi aru saada, et AHA juhib vales suunas. "Lidari andurid töötavad nagu GPS reaalajas ja muudavad protsessi videomänguks. Näete oma süsteemi tunnelis, teate, kuhu te reaalajas lähete."
Väärib märkimist, et lidar -andurid on veel üks andmeallikas ja neid ei tohiks pidada radari otseseks asendajaks. Buck märkas, et nende kahe tehnoloogia vahel on suur erinevus lainepikkuses, millel on oma eelised ja puudused. Sageli on parim lahendus mõlema tehnoloogia kasutamine, näiteks tuuleparameetrite mõõtmine aerosoolipilvega. Optiliste andurite lühemad lainepikkused tagavad parema suuna tuvastamise võrreldes RF -anduri (radari) pikemate lainepikkustega. Kuid atmosfääri ülekandeomadused on kahte tüüpi andurite puhul väga erinevad. „Radar on võimeline läbima teatud tüüpi pilvi, millega lidaril oleks raske toime tulla. Kuid näiteks udus võib lidar toimida pisut paremini kui radar."
Rosengarten ütles, et lidari kombineerimine teiste valgusallikatega, näiteks pankromaatiliste andmetega (kui pildistatakse laias valguse lainepikkuste vahemikus), annab huvipakkuvast valdkonnast täieliku pildi. Heaks näiteks on siin helikopteri maandumiskoha määratlus. Lidar saab ala skaneerida ja öelda, et sellel on null kalle, olenemata sellest, et ta tegelikult vaatab järve. Seda tüüpi teavet on võimalik saada muude valgusallikate abil. Rosengarten usub, et tööstus ühendab lõpuks tehnoloogiad, koondades erinevaid visuaalsete ja muude valgusandmete allikaid. "See leiab viise, kuidas kõik andmed ühe vihmavarju alla viia … Täpse ja põhjaliku teabe hankimine on midagi enamat kui lihtsalt lidari andmete kasutamine, vaid keeruline ülesanne, mis hõlmab kõiki olemasolevaid tehnoloogiaid."
